در این پایان نامه پیچیدگی حل مسائل احتراقی که از بر هم کنش سینتیک شیمیایی و توربولانس ناشی می شود، به کمک مدل فلیملت آرام در کنار تکنیک استفاده از شبکه های عصبی مصنوعی با کمترین ساده سازی در نظر گرفته شده است. استفاده از مدل فلیملت امکان استفاده از هر مکانیزم شیمیایی با هر سطحی از پیچیدگی را فراهم می آورد. این در حالی است که در سایر مدل های احتراقی به دلیل همزمانی حل سینتیک و توربولانس در احترق برای جلوگیری از افزایش تصاعدی زمان و حافظه مورد نیاز محاسبات، محققان ناچار به استفاده از مکانیزم های کاهش یافته احتراق می شوند که این امر موجب افزایش خطا می شود. نکته دیگر در این تحقیق، به کار گیری شبکه های عصبی مصنوعی به عنوان پلی میانبر بین سینتیک شیمیایی و حل جریان در محفظه احتراق می باشد که این امر منجر به کاهش چشمگیر زمان محاسبات بدون ایجاد تأثیر منفی بر نتایج کار شده است. در این کار ابتدا با حل شعله های دیفیوژن جریان مخالف در کرنش های مختلف شعله یک کتابخانه اطلاعات ساخته می شود. سپس در این مجموعه مقادیر کسر جرمی گونه های مختلف و دما به اسکالرهای کسر مخلوط و نرخ استهلاک اسکالر که با توجه به اطلاعات موجود در این کتابخانه محاسبه می شوند، مربوط شده اند. در مرحله بعد جهت در نظر گرفتن آثار توربولانس، انتگرال گیری عددی به ازای مقادیر مختلف کسر مخلوط متوسط، واریانس آن و نرخ استهلاک اسکالر با استفاده از توابع توزیع احتمال انجام شده و مقدار متوسط فاوره کمیت های ترموشیمیایی جریان بدست آمده و یک شبکه عصبی ساخته شده و با قرار دادن ضرایب وزن و بایاس آن در کد حل معادلات بقا، پیش بینی کسر جرمی ها (یا دما) در آن کد صورت می گیرد. بدین ترتیب در کد حل معادلات بقا نیازی به حل معادلات انتقال تک تک گونه ها نیست که این امر تأثیر به سزایی در کاهش زمان محاسبات داشته است. لازم به ذکر است که در کار حاضر پیش بینی گونه های میانی مهم از جمله برخی آلاینده ها نیز مورد بررسی قرار گرفته است که در نتایج بدست آمده تطابق قابل قبولی با نتایج تجربی مشاهده شده است. همچنین در این پایان نامه تأثیر استفاده از توابع مختلف توزیع احتمال در حین انتگرل گیری عددی مورد بررسی قرار گرفته است که در نتایج به دست آمده، دقت انجام محاسبات در حالتی که از تابع توزیع لاگ-نرمال به عنوان تابع توزیع احتمال نرخ استهلاک اسکالر استفاده شود نسبت به حالتی که در آن از تابع توزیع دلتا استفاده شود، بیشتر مشاهده شده است. البته تفاوت دقت محاسبات در دو حالت فوق زیاد نبوده و حتی در برخی موارد با توجه به زمان انجام محاسبات بیشتر در حالت اول، اختلاف دقت در دو حالت فوق قابل اغماض است.

در این پروژه هدف اصلی بررسی تأثیر پارامترهای مختلف، که عملکرد برج های خنک کننده دوشی را تحت تأثیر قرار می دهند، با استفاده از مدل سازی ریاضی می باشد. برج های دوشی از انواع برج های خنک کننده هستند که در دسته ی برج های جریان مخالف و مرطوب قرار می گیرند و مشخصه ی اصلی این برج ها، حذف شدن آکنه از فضای برج و در جبران آن استفاده از یک سیستم توزیع جریان آب، به شکل قطرات آب، جهت افزایش سطح تماس بین آب و هوا می باشد که در نتیجه آن ذرات آب بدون برخورد با مانعی در فضای برج سقوط می کنند و همزمان انتقال گرما و انتقال جرم از آنها صورت می گیرد. روشی که برای دستیابی به هدف مذکور به کار گرفته شده مدل سازی ریاضی می باشد. در این روش با به کارگیری روابط ریاضی و ابزارهایی که این علم در اختیار قرار می دهد و همچنین استفاده از قوانین و معادلات حاکم بر فرآیندهای انتقال جرم و انتقال گرما و در نظر گرفتن فرضیات، روابط و یا معادلات جدیدی استخراج می شود که چگونگی روند آن پروسه را تشریح می کند بدین صورت که ابتدا یک مدل دینامیکی از سقوط قطرات، که به صورت کره در نظر گرفته شده اند ارائه شده که منجر به یک رابطه ی دیفرانسیلی برای تغییرات سرعت قطره می شود. سپس با مدل سازی همزمان انتقال گرما و انتقال جرم از ذرات آب، چهار رابطه ی دیفرانسیلی دیگر که تعیین کننده ی تغییرات دمای ذرات آب، تغییرات شعاع ذرات که معرف میزان تبخیر از آنهاست، تغییرات رطوبت مطلق هوا و تغییرات دمای هوا می باشند، بدست آورده ایم. این پنج معادله ی دیفرانسیل، که همگی مرتبه اول و غیرخطی و با هم کوپل می باشند با استفاده از روش های عددی حل شده اند و پارامترهایی که عملکرد برج های دوشی را تحت تأثیر قرار می دهند و عبارتند از سرعت و شعاع و دمای اولیه ی قطرات، دما و رطوبت مطلق اولیه ی هوا، ارتفاع برج و نسبت جرمی جریان هوا به جریان آب، مشخص شده اند. از این هشت مورد، پنج پارامتر اول به عنوان متغیرهای برج شناخته می شوند و سه مورد آخر مقادیر ثابتی به خود می گیرند. در نهایت با توجه به اینکه دو پارامتر دمای آب خروجی و میزان مصرف آب به عنوان پارامترهای طراحی در برج های خنک کننده شناخته می شوند اثر تغییر در این دو پارامتر را با تغییر در سایر پارامترها بدست آورده و در قالب نمودارهای مختلف در فصل نتایج آورده شده است. بدین صورت که تغییرات دمای آب خروجی و میزان آب مصرفی برج با تغییر دمای هوا، رطوبت مطلق هوا، سرعت قطره، دمای قطره، ارتفاع برج و نسبت جرمی هوا به آب برای شعاع های قطره مختلف بررسی شده است. در پایان، کارایی سرمایش تبخیری در برج های خنک کننده بدست آمده و تغییرات آن مورد بررسی قرار گرفته است. کلمات کلیدی: برج خنک کن، مدل سازی ریاضی، دمای آب خروجی، کارایی

به علت محدود بودن منابع سوخت های فسیلی و افزایش روز افزون قیمت آنها امروزه صرفه جویی در مصرف این سوخت ها اهمیت خاصی پیدا کرده و تلاش های روز افزونی برای صرفه جویی در مصرف انواع مختلف انرژی در صنایع مختلف در جهان صورت می گیرد.پالایشگاه های نفت که اصلی ترین مراکز تولید فرآورده های انرژی زای کشور هستند در حدودیک درصد از نفت تصفیه شده را به عنوان سوخت مصرف می کنند. در یک پالایشگاه که روزانه بیش از صد هزار بشکه نفت خام تصفیه می شود بررسی میزان مصرف انرژی پالایشگاه و یافتن راهکارهای صرفه جویی در مصرف انرژی از اهمیت خاص برخوردار است. جریان های چرخشی به دلیل داشتن شعله پایدار به صورت گسترده در مشعل های صنعتی مانند کوره نیروگاه ها و توربین های گاز استفاده می شود. در دو دهه گذشته پیشرفت های عمده ای در زمینه مدل های دینامیک سیالات محاسباتی (cfd) برای شبیه سازی سیستم های احتراقی صورت گرفته است. در این پایان نامه ابتدا سه مدل توربولانتی و دو مدل تشعشعی در شبیه سازی جریان احتراق چرخشی و جریان احتراقی همراه با بلاف- بادی در مشعل های آزمایشگاهی مورد استفاده قرار گرفته و سرعت محوری و زاویه ای، دمای گاز و غلظت اکسیژن در نقاط مختلف کوره با یکدیگر و با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده است. حل عددی توسط کد تجاری fluent انجام گرفته و مدل های اغتشاشی(standard k-e) ,(rng k-e) و rsm و همچنین دو مدل تشعشعی do و p1 استفاده شده است. نتایج به دست آمده از مدل rsm نسبت به دو مدل k-e انطباق بهتری با داده های تجربی دارد. در ادامه کوره 101 پالایشگاه اصفهان در شرایط تقریباً واقعی شبیه سازی شده و نتایج به دست آمده با داده های پالایشگاه ارزیابی شده است. در انتها اثرات تغییر درصد هوای اضافی احتراق و پیش گرم کردن هوای ورودی برروی راندمان کوره مورد مطالعه قرار گرفته است. این تحقیق نشان می دهد افزایش هوای اضافه تا 20 درصد باعث افزایش راندمان کوره و افزایش بیش از 20 درصد هوای اضافه باعث کاهش راندمان کوره خواهد شد. همچنین پیش گرم کردن هوا باعث افزایش راندمان کوره می شود.

run-out-table (rot) is located between last finishing stand and down coiler in a hot strip mill. as the hot steel strip passes from rot, water jets impact on it from top and bottom and strip temperature decreases approximately from 800-950 °c to 500-750°c. the temperature history that strip experience while passing through rot affects significantly the metallurgical and mechanical properties, such as strength, stiffness, weldability, fatigue resistance, flexibility and the flatness of the final product. consequently, the mill engineers and researchers are much interested in attaining desired mechanical and metallurgical properties of the product through controlling the cooling rate and temperature history and even with reducing amount of carbon contents. reducing carbon content, considerably improves the weldability due to reducing hardenability of the steel. in achieving this aim it is vital to develop physical models which are capable of precisely predicting the temperature history and phase transformation kinetic through rot. the heat transfer mechanisms in rot are heat conduction in steel strip, natural and force convection with air, radiation and forced convection boiling heat transfer due to impacting subcooled water jets. it is also coupled with phase transformation phenomenon, because of the heat released during decomposition of austenite into ferrite, pearlite and bainite during strip cooling. in addition to these complexities, other effects such as strip movement, changing of thermo-physical properties with steel phase mixture and temperature, the water stream on the plate and its temperature increment, have been redoubled the difficulties of developing a precise model for prediction of such behaviors. as a result, most of the developed models consider either heat transfer characteristics of impacting water jets and local heat transfer phenomenon or predicting phase transformation kinetics during strip cooling. recently, researchers began to consider the strong interaction between the heat transfer and phase evolution. in this thesis, a numerical model was developed to predict the temperature and phase transformation of strip on a run-out table (rot) in hot strip mill. furthermore this model could predict final phases produced during cooling in the term of nozzles arrangement in rot. with this feature, the mill engineers would be able to arrange nozzle configuration in order to obtain desired steel final phases. alternating direction implicit (adi) method was used to solve the heat conduction equation in both thickness and width direction in the strip. the kinetics of the diffusional transformation of austenite to ferrite had been calculated for the isothermal condition by avrami equation and additivity rule. the specific heat, thermal conductivity and density of steel had been determined in the term of phase fraction and temperature. accuracy of the phase transformation model was examined through comparing the results with the results presented in the literature and the accuracy of the proposed coupled complete model was examined through comparison of coiling temperatures obtained from the model with the actual data ones from hot strip mill in mobarake steel complex. the error of the model for predicting coiling temperature is less than 3% that indicates the capability of the model in predicting temperature and phase transformation in rot.

در این پایان نامه هدف مدل سازی دوده در شعله های غیر پیش مخلوط مغشوش می باشد. برای رسیدن به این هدف ابتدا مدل های مربوط به دوده شناسایی شده و گونه های تاثیر گذار در تشکیل و اکسید شدن دوده مورد مطالعه قرار گرفته اند. مراحل مختلف تشکیل دوده شامل پنج مرحله می باشد که به ترتیب عبارتند از: 1- تشکیل نطفه دوده 2- گسترش سطح دوده 3- انباشتگی ذرات 4- لخته بستن این ذرات 5- اکسید شدن دوده. برای مرحله تشکیل نطفه که مهم ترین و پیچیده ترین مرحله تشکیل دوده می باشد، واکنش های مختلفی پیشنهاد شده است که از جمله مهم ترین آنها واکنش مربوط به تشکیل اولین حلقه هیدروکربنی است. از معروف ترین واکنش های ارائه شده واکنش اضافه کردن هیدروژن جذب کربن می باشد. . c2h2 موثرترین گونه در تشکیل دوده می باشد و در مطالعات مختلف بر تاثیر این گونه تاکید شده است. گونه های o2 و oh در بیشتر منابع به عنوان اکسید کننده های اصلی به کار رفته اند. در بعضی از منابع o نیز به عنوان اکسید کننده دوده در نظر گرفته شده است. مدل های ارائه شده به دو دسته تک معادله ای و دو معادله ای تقسیم می شوند. عمده تفاوت در مدل های ارائه شده در ضرایب مربوط به مدل ها می باشد. هر یک از این مدل ها در کد cfd اعمال شده اند. برای مدل سازی احتیاج به گونه های میانی بود که برای رسیدن به این هدف از روش فلیملت آرام برای مدل-سازی شعله های غیر پیش مخلوط مغشوش و پیش بینی کسر جرمی گونه ها و دما استفاده شده است. در مرحله اول، کسر جرمی ها و دما از نتایج حل شعله های دیفیوژن جریان مخالف و با در نظر گرفتن اثرات دیفیوژن دیفرانسیلی(اختلاف عدد لوئیس گونه ها از یک) بدست آمده و به کسر مخلوط و نرخ استهلاک اسکالر مربوط می شود. در مرحله دوم انتگرال گیری عددی به ازای مقادیر مختلف کسر مخلوط متوسط، واریانس آن و نرخ استهلاک اسکالر انجام شده و مقدار متوسط فاوره کمیتهای ترموشیمیایی جریان بدست آمده و در یک جدول مرتب شده است. برای مدل سازی اغتشاش در شعله از روش k-? استاندارد استفاده شده است. سپس در کد cfd با استفاده از میان یابی عددی از این مقادیر برای مدل سازی شعله استفاده شده است.نتایج بدست آمده نشان می دهد که مدل های تک معادله ای نتایج مناسبی را چه برای شعله آرام و چه برای شعله مغشوش ارائه نمی دهند.نتایج مدل های دو معادله ای برای شعله مغشوش از دقت مناسبی برخوردار نیست ولی برای شعله آرام این نتایج تطابق خوبی با نتایج تجربی دارند.

تولیدکنندگان مبدل های حرارت صفحه ای امروزه به طور گسترده صفحه های چورون، صفحه هایی که دارای ناهمواری چورون باشند، را به عنوان صفحه های مبدل پیشنهاد می کنند. علت این امر تاثیر بسیار زیاد پارامترهای هندسی صفحه های چورون بر ضریب اصطکاک و انتقال حرارت جریان کانال های مبدل می باشد. این پارامترهای هندسی عبارتند از زاویه چورون صفحه، نوع پروفیل چورون و نسبت منظری. امروزه به طور گسترده پروفیل سینوسی برای پروفیل چورون انتخاب می شود. لازم به ذکر است که ناهمواری ها و شیارهای روی صفحه های چورون باعث اختلاط شدید جریان و ازدیاد اغتشاش در جریان کانال می شود به طوریکه جریان سیال در عددهای رینولدز پایین نیز مغشوش است. در این پایان نامه یک کانال مبدل حرارت صفحه ای همراه با صفحه های چورون برای مطالعه ی پارامترهای موثر بر جریان(ضریب اصطکاک)، از جمله نسبت منظری پروفیل چورون، زاویه ی چورون صفحه ها و کانال ترکیبی، که از دو صفحه با زوایای چورون متفاوت تشکیل می شود، مدل سازی شده است و پارامترهای موثر ذکر شده مورد بررسی قرار گرفته است. به علاوه تغییر ماهیت جریان بین صفحه های چورون با تغییر زاویه ی چورون مورد تحقیق قرار گرفته است. همچنین برای بررسی اثر نسبت منظری پروفیل چورون بر میزان انتقال حرارت، دو مبدل با دو زاویه ی چورون متفاوت شامل سه صفحه ی چورون مدل سازی شده است. در کار حاضر حل عددی معادلات پیوستگی، اندازه حرکت و انرژی از طریق یک کد تجاری، به روش حجم محدود انجام گرفته است و پس از مطالعه ی مدل های اغتشاشی k-?، مناسبترین مدل برای شبیه سازی عددی جریان و انتقال حرارت بین صفحه های چورون در نظر گرفته شده است. همچنین به دلیل محدوده ی وسیع عدد رینولدز مورد بررسی (بین 500 تا 000,40 ) ، در بخش جریان کار حاضر، تابع دیواره اهمیت پیدا می کند که مورد بررسی قرار گرفته است. در پایان هر بخش جریان و انتقال حرارت، صحت نتایج به دست آمده توسط نتایج تجربی تحقیق شده است. این تحقیق نشان می دهد که با کاهش زاویه ی چورون یکی از صفحه های کانال با زاویه ی 60 درجه و ایجاد کانال ترکیبی، ضریب اصطکاک(افت فشار) جریان کانال کاهش پیدا می کند اما با کاهش مرحله ای زاویه ی چورون یکی از صفحه ها به مقدار مساوی در هر مرحله، کاهش ضریب اصطکاک به یک مقدار نخواهد بود. به علاوه کاهش نسبت منظری صفحه های کانال با زاویه ی چورون 60 درجه باعث کاهش ضریب اصطکاک می شود به طوریکه در نسبت منظری پایین تر افت ضریب اصطکاک بیشتری مشاهده شده است. همچنین افزایش نسبت منظری در کانال های مبدل حرارت صفحه ای با زاویه های چورون 60 و 30 درجه باعث افزایش انتقال حرارت می شود، به طوریکه افزایش بیشتر نسبت منظری باعث افزایش بیشتر انتقال حرارت شده است.

پوشش با لایه های نازک نقش بسیار مهمی در صنایع نیم رسانا ها و تجهیزات میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک دارد. اطلاع از خواص تشعشعی ساختار های چند لایه ای شامل سیلیکون و مواد مرتبط مانند دی اکسید سیلیکون, نیترید سیلیکون و طلا با پارامترهای متفاوت, جهت کاربردهای سیستمهای کوچک ضروری است. این پروژه اثر پارامترهای گوناگون بر روی خواص تشعشعی ساختارهای چند لایه ای نانو مقیاس را شرح می دهد. از هر دو سیلیکون آلاییده کم و آلاییده استفاده شد, همچنین هر دو روش همدوس و غیر همدوس اعمال شد. بیانهای تجربی برای ثابت های نوری سیلیکون آلاییده کم مورد استفاده قرار گرفت. همچنین از مدل درود برای ثابت های نوری سیلیکون آلاییده استفاده شد. فسفر به عنوان یون دهنده و بورن به عنوان یون گیرنده عمل می کند. در این پروژه سیلیکون آلاییده با یونهای دهنده و گیرنده با غلظت های متفاوت مورد مطالعه قرار گرفت و لایه های پوشش در دماهای مختلف مقایسه شدند. نتایج نشان داد که پوشش دی اکسید سیلیکون و نیترید سیلیکون, مانند یک ضد بازتاب عمل می کند و این پوشش ها منجر به کاهش ضریب بازتاب نسبت به زیر لایه سیلیکون می گردند. اگر ضخامت پوشش غیر فلزی افزایش یابد, ضریب بازتاب کاهش و ضریب عبور افزایش می یابد. پوشش لایه نازک طلا منجر به افزایش ضریب بازتاب نسبت به زیر لایه سیلیکون می شود. ضریب بازتاب ساختار چند لایه ای پوشیده شده با طلا با افزایش ضخامت افزایش می یابد. با توجه به نیاز سیستمهای فضایی، به ضریب صدور بیشینه جهت کنترل دما و کارایی بالاتر و مناسبتر، می توان با افزایش تعداد لایه های پوشش داده شده، به این مهم دست یافت. تغییرات خواص تشعشعی تابع پیچیده ای از طول موج می باشد که با افزایش تعداد لایه ها بر اثر پدیده تداخل امواج این پیچیدگی و وابستگی به طول موج بیشتر می گردد. تاثیر افزایش تعداد لایه ها جهت کنترل خواص تشعشعی از تاثیر تغییر ضخامت بیشتر است. به عنوان مثال در یک ضخامت ثابت، می توان با افزایش تعداد لایه ها به ضریب صدور بزرگتری دست یافت. از نتایج مشاهده شد که اثر غلظت در دماهای کوچکتر از 600 بر روی خواص تشعشعی ساختار های چند لایه ای شامل سیلیکون آلاییده، زیاد است. در دماهای کوچکتر از 600 غلظت و نوع ناخالصی دارای اثر مهمی بر روی خواص تشعشعی لایه های نازک است. اگرچه تاثیر یونها برای غلظت های بزرگتر از 1016 قابل ملاحظه است. هرگاه دما افزایش یابد، تفرق شبکه به علت افزایش غلظت فونونها پدیده غالب می شود و در دماهای بالا، از اهمیت تفرق توسط یونها کاسته می شود زیرا در دماهای بالا حاملان انرژی سریعتر حرکت کرده و نیروی کولمب بین آنها کاهش می یابد. این مطالعه فوایدی جهت رشد و توسعه فناوری پوشش در صنایع نیم رسانا ها و به ویژه برای توسعه وسایل میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک دارد.

در فرآیند نورد گرم پیش بینی توزیع دما در ورق از اهمیت ویژه ای برخوردار است، زیرا دما یک پارامتر مهم متالوژیکی در جریان نورد است. خواص فولاد تولیدی، توان مورد نیاز غلتکها و ابعاد ورق تولیدی به توزیع دما بستگی دارند. این پایان نامه در پی آن است که مدل جامعی را برای پیش بینی توزیع دمای ورق در فرآیند نورد نهایی ارائه کند. این مدل سه بعدی بوده و در آن از هیچ یک از مکانیزمهای انتقال حرارت صرفنظر نمی شود. میدان سرعت در ناحیه تماس به طور کامل مدل شده و سرعت در راستای ضخامت ورق حذف نمی شود. انتقال حرارت غلتک نیز به طور همزمان با انتقال حرارت ورق مدل می شود تا دمای ورق با دقت بیشتری محاسبه شود. یکی از پارامترهای مهم در فرآیند نورد گرم، نحوه خنک کاری غلتکهای نورد گرم است. ضریب انتقال حرارت در بخشهایی از سطح غلتک که پاشش آب وجود دارد، وابسته به کمیتهایی مانند زاویه پاشش، فاصله جت آب تا سطح غلتک و فشار آب است. در فرآیند نورد، در نتیجه استفاده از غلتک برای تغییر شکل ورق، یک سطح تماس بین غلتک و ورق ایجاد می گردد. روشهای زیادی برای مدل کردن انتقال حرارت در ناحیه تماس ورق با غلتک وجود دارد. در این پایان نامه به مهمترین این روشها اشاره شده و معایب و برتری هر یک از این روشها بررسی شده است. همچنین این مدل مبتنی بر روابط تجربی به منظور درنظر گرفتن ضرایب انتقال حرارت جابجایی در هر منطقه از ورق، ضریب اصطکاک در ناحیه تماس بین ورق و غلتک، فشار متوسط غلتکها، ضریب صدور تشعشعی و نحوه تغییر خواص فیزیکی فلز با دما است. در این مدل، گرمای حاصل از اصطکاک بین ورق و غلتکها، تولید گرما از طریق کار پلاستیک، اتلاف گرمایی به دلیل وجود آب برای خنک کاری غلتکها، اتلاف از طریق تشعشع و جابجایی، سرعت نورد، کاهش پیوسته ضخامت ورق در طول نورد نهایی و اثر رشد لایه اکسید روی ورق مورد بررسی قرار گرفته است. با استفاده از روش عددی حجم محدود معادلات دیفرانسیل حاکم گسسته شده و به کمک روشهای تکرار دستگاه معادلات جبری حل شده است. استقلال جوابها از شبکه محاسباتی با تغییر سایز شبکه مورد استفاده نشان داده شده است. به علاوه صحت جوابها در مقایسه با نتایج چاپ شده برای شرایط خاص بررسی شده است. تاثیر سرعت نورد، گرمای حاصل از اصطکاک بین ورق و غلتکها، تولید گرما از طریق کار پلاستیک، لایه اکسید و انتقال حرارت هدایتی در راستای طول و عرض ورق، بر روی چگونگی توزیع دمای ورق نشان داده شده است. جهت بررسی نتایج حاصل از مدل سازی هفت قفسه نورد نهایی مجتمع فولاد مبارکه اصفهان، مقایسه ای بین نتایج بدست آمده با نتایج عددی و تجربی موجود انجام گرفته است.

فرآیند کوره بلند، به عنوان اصلی ترین روش تولید آهن خام، به طور پیوسته در سراسر جهان در حال بهبود و پیشرفت است. در کوره بلند مواد خام آهن دار وارد شده و با سوختن کک به وسیله ی هوای دمیده شده به داخل، بخشی از این مواد خام احیا می شود. بزرگ ترین مشکل در استفاده از کوره های بلند، تأمین کک مصرفی آنها به علت گرانی این سوخت است. در ایران از کوره بلند برای تولید آهن بسیار استفاده می شود و کک تأمین شده ی آن با قیمت های نسبتاً زیادی از کشورهای دیگر وارد می شود. بنابراین باید به دنبال راه-هایی برای کاهش میزان مصرف کک در کوره بلند به ازای تولید مشخص بود. در پروژه ی حاضر، کارایی کوره بلند با استفاده از معادلات بقای جرم، انرژی و قابلیت کاردهی مدل سازی می شود که در صنایع آهن و فولاد قابل استفاده می باشد. برطبق این مدل سازی، کوره بلند به عنوان یک حجم کنترل با ورودی ها و خروجی های مشخص درنظر گرفته می شود. در این پروژه، شرایط کوره بلند به صورت پایدار و مستقل از زمان درنظر گرفته می شود. براساس روابط استفاده شده در مدل سازی یک برنامه ی ساده ی کامپیوتری ایجاد می گردد. براساس نتایج مدل و داده های استخراج شده از دفاتر گزارش روزانه و هفتگی کوره بلند شماره ی 3 ذوب آهن اصفهان مقایسه ای بین عملکرد واقعی این کوره بلند و پیش بینی های مدل صورت می گیرد. نرخ مصرف کک و هوای دم، براساس مقادیر مدل به ترتیب 16/3 درصد و 3/8 درصد پایین تر از مقادیر واقعی می باشند. راندمان قانون اول ترمودینامیک کوره بلند براساس پیش بینی های مدل 1/86 درصد به دست می آید. از برقراری تعادل انرژی نتایج مفیدی در رابطه با تأمین و مصرف انرژی حاصل می شود، اما از میزان حداکثر کار مفید کوره بلند اطلاعاتی به دست نمی آید. بنابراین باید تعادل قابلیت کاردهی را برقرار کرد. پس از برقراری این تعادل، راندمان قانون دوم ترمودینامیک کوره بلند میزان 92/48 درصد برآورد می شود. همچنین میزان بازگشت ناپذیری 08/51 درصد حاصل می شود که زیاد بودن این میزان بازگشت ناپذیری ناشی از وجود فرآیند احتراق در داخل کوره بلند است. نتایج به دست آمده از تحلیل یافته های مدل نشان می دهد، در صورت استفاده از کک با خاکستر کمتر، کاهش سیلیکون احیا شده، کاهش کربن و منگنز موجود در چدن خروجی ، افزایش دما و فشار هوای دم، افزایش حجم گاز طبیعی تزریق شده به داخل کوره بلند و کاهش حجم سرباره، میزان مصرف کک کاهش می یابد. همچنین با فشرده-سازی هوای دم می توان نرخ هوای دمیده شده به کوره بلند را کم کرد. در نتیجه ی این عملیات راندمان حرارتی کوره بلند افزایش می یابد.

انتقال حرارت هدایتی دائم به منظور خنک کاری یک دیسک بر اساس تئوری ساختاری، با استفاده از رگه های با ضریب هدایتی بالا با توزیع ناقص در دیسک، مورد بررسی قرار گرفت. در این جا دو نوع آرایش شعاعی و درختی رگه ها در سطح دیسک مورد مطالعه قرار گرفت؛ به این صورت که مقاومت حرارتی به صورت تحلیلی برای این حالات بدست آمده و عملیات بهینه سازی روی آن انجام گردید. این عملیات برای ساختار درختی از دو مسیر جداگانه با دوپارامتر مختلف دنبال شد. گفتنی است حل تحلیلی ارائه شده، یک حل کلّی بوده که برای حالت خاص که بصورت رگه های کامل است نیز صادق می باشد. در این حالت تحت شرایط خاص، مقاومت حرارتی بهینه دیسک در حالت رگه های ناقص عملکرد بهتری نسبت به رگه های کامل داشت. در این پروژه همچنین از شبکه هائی با ضخامت های متغیردر ساختارهای شعاعی و درختی استفاده شد؛ ضخامت آنها با استفاده از روش آنالیز تغییرات به صورتی به دست آمد تا بالاترین دمای موجود در دیسک کمینه گردد. در ادامه مقاومت حرارتی برای هر دو ساختار با ضخامت های متغیر به صورت تحلیلی بدست آمده و نسبت به پارامترهای موجود بهینه گشت. نتیجه به این ترتیب بدست آمد که با استفاده از رگه های متغیر، مقاومت حرارتی برای تمامی شرایط کاهش یافته اما با افزایش پیچیدگی در سیستم جریان که عبارتست از متغیر در نظر گرفتن رگه های اصلی و فرعی، میزان کاهش در مقاومت حرارتی بهینه نسبت به حالت شعاعی کم تر بدست آمد که غیر موثر بودن افزایش پیچیدگی در سیستم جریانی مذکور را نشان می دهد. در ادامه تأثیر وابستگی به دمای ضرایب هدایتی بر کاهش مقاومت حرارتی دیسک با رگه های ناقص در ساختارهای شعاعی و درختی به صورت تحلیلی مورد بررسی قرار گرفت. از آن جا که محدوده دمائی در شرایط مسئله محدود می باشد، تابعیت دمائی ضرائب هدایتی به صورت خطی در نظر گرفته شد. در این شرایط رگه ها را به صورت ضخامت ثابت و متغیر در نظر گرفته و تأثیر آن با تأثیر وابستگی دمایی ضرائب هدایتی ادغام گردید. در نهایت از آن جا که در طی حل تحلیلی از یکسری تقریبات استفاده شد و همچنین حل تحلیلی ارائه شده بر مبنای تئوری ساختاری می باشد، بیشینه دمای قطاع دایروی بر مبنای پارامترهای هندسی به صورت عددی نیز بهینه گشته و نتایج حاصل از آن با حل تحلیلی مقایسه شد. نتیجه این مقایسه نشان دهنده رفتار مشابه و سازگاری قابل قبول بین نتایج عددی و تحلیلی بود. از نتیجه آخر این گونه می توان استنباط نمود که استفاده از تئوری ساختاری به منظور بهینه سازی مقاومت حرارتی بسیار سودمند بوده و نتایج حاصل از آن به مقادیر بهینه بسیار نزدیک است که خود عاملی است که می توان از این تئوری برای بهینه نمودن ساختارهائی با چند مرحله انشعاب استفاده نمود تا ساختارهای جریانی مشابه آنچه که در طبیعت موجود است ایجاد گردد.

افزایش انتقال حرارت یکی از اساسی ترین نیازها در بسیاری از تکنولو‍‍ژیهای رایج و مورد استفاده در صنایع می باشدکه این در مواردی تنها با تغییر فاز سیال خنک کن میسر می باشد. بسیاری از سیستمهای مهندسی نظیر ایستگاههای انتقال قدرت شامل مسائل مرتبط با جوشش می باشند. براین اساس بسیاری از تکنیکها برای بهبود انتقال حرارت جوششی فرض شده و مورد مطالعه قرار گرفته است. پیشرفتهای اخیر در زمینه نانوتکنولوژی سبب ایجاد گرایش جدیدی در زمینه انتقال حرارت گردیده است. نانوسیالات معمولا سبب افزایش انتقال حرارت در مقایسه با سیالات معمول نظیر آب ، اتیلن گلیکول و روغن می شوند. لذا در استفاده از نانوسیالات برای خنک کاریها باید مراقب مشخصه های جوشش آنها بود. بسیار مهم است که رفتار نانوسیالات را تحت این نوع شرایط تغییر دما به دقت بدانیم تا از اثرات ناخواسته که سبب دگرگونی خواص و عدم اطمینان به مشخصه های خنک کاری می شود ، جلوگیری کنیم. بدین منظور ، مطالعه و فهم مشخصه های انتقال حرارت جوششی نانوسیالات در جایگاه حاضر بسیار حائز اهمیت است.هدف از انجام این پژوهش بررسی انتقال حرارت جوشش فیلمی برروی استوانه داغ نقره ای (به قطر یک سانتیمتر وطول ده سانتیمتر)غوطه ور در نانوسیال و آب می باشد.در این بررسی تغییرات دما در مرکز استوانه با دقت ثبت گردیده و از این طریق میزان شارحرارتی از استوانه به سیال در هر لحظه محاسبه می گردد. از روش انتقال حرارت معکوس در انجام آزمایش با فرض دمای یکنواخت استوانه استفاده گردید. فرض هم دمایی استوانه نقره ای با روش ظرفیت فشرده(bi?0.1) با استفاده از داده های تجربی و تئوری مورد بررسی قرار گفت وشرط را به خوبی ارضا نمود. از دو استوانه نقره ای با زبری های متفاوت جهت بررسی اثر زبری بر جوشش نانوسیال ها استفاده گردید. زبری سطوح توسط میکروسکوپ afm اندازه گیری گردید. سطوح به ترتیب دارای زبری متوسط 129 و 690 نانومتر بودند. مشاهده گردید همین اختلاف کم در زبری های سطوح سبب اختلاف قابل توجه در زمان سرد شدن استوانه های نقره ای گردید. در این بررسی از نانوسیال های: نانو لوله های کربنی، کربن(الماس)، نقره و اکسید آهن در سیال پایه آب استفاده گردید. تقریبا در تمامی موارد میزان انتقال حرارت نسبت به آب کمتر بود، که این پدیده تابع نوع ذره، ته نشینی ذرات روی سطح داغ، خواص تشعشعی سطح انتقال حرارت، فعال کننده های سطح و غلظت نانوسیال می باشد. به منظور بررسی ته نشینی نانوذرات روی سطح داغ قبل و بعد از انجام آزمایش ها توسط میکروسکوپ sem تصاویری از سطح نمونه گرفته شد. در نانوسیال اکسید آهن با اعمال میدان مغناطیسی، اثر میدان بر میزان انتقال حرارت جوششی مورد بررسی قرار گرفت. توزیع میدان مغناطیسی با استفاده از نرم افزار femm شبیه سازی گردید و نحوه حرکت ذرات در میدان مغناطیسی با روش piv به دست آمد. نتایج افزایش قابل ملاحظه در میزان انتقال حرارت جوششی را نشان دادند.

در طی سالیان اخیر استفاده از کوره های قوس الکتریکی برای تولید فولاد رشد چشمگیری داشته است . این رشد روزافزون استفاده از انرژی الکتریکی به جای سوخت های فسیلی برای ذوب فلزات، نشان دهنده ضرورت مطالعه و تحقیق در این زمینه است. کوره های قوس الکتریکی جریان مستقیم مدلی از تجهیزات فولادسازی می باشند که بدلیل مزایای فراوان نسبت به کوره های جریان متناوب، استفاده از آنها در صنعت روزبروز در حال افزایش است. مرحله تصفیه فلز در کوره قوس الکتریکی از اهمیت زیادی برخوردار است چرا که در این مرحله، حرارت دهی به حمام مذاب طی یک فرایند پایدار ادامه پیدا می کند تا مذاب تحت اثر گرما و مومنتوم وارد شده توسط قوس بخوبی مخلوط شده و توزیع دمای آن یکنواخت تر گردد. عوامل تاثیر گذار در اختلاط مذاب در کوره قوس الکتریک جریان مستقیم عبارتند از: نیروی شناوری، نیروی الکترومغناطیس و مومنتوم قوس الکتریکی. در این پژوهش اثر هر کدام از این عوامل بر چرخش مذاب مورد بررسی قرار گرفت و با حل همزمان معادلات مومنتوم، انرژی و الکترومغناطیس به کمک نرم افزار فلوئنت و مدول کمکی mhd آن نرم افزار و همچنین کدنویسی udf به منظور معرفی نیروی الکترومغناطیس و توزیع شار حرارتی و تنش برشی، الگوی حرکتی مذاب بدست آمد. این الگو نشان داد که در نزدیکی محور کوره، مذاب حرکتی پادساعتگرد تحت تاثیر نیروی الکترومغناطیس و فراوانی میدان جریان الکتریکی در این محل دارد. در فواصل انتهای کوره بدلیل کاهش اثر میدان الکترومغناطیس و غالب بودن نیروی شناوری، چرخش مذاب برعکس شده و حرکتی ساعتگرد به خود می گیرد. پارامتر های مختلفی بر نحوه اختلاط مذاب توزیع میدان دمایی در مذاب تاثیرگذار هستند. میزان آمپراژ کل، طول قوس الکتریکی و وجود سرباره پفکی را می توان از این دست برشمرد. با شبیه سازی های انجام شده اثر هر کدام از این پارامترها بصورت مجزا برروی میانگین دمای مذاب و الگوی حرکتی مذاب بررسی شد. با تغییر آمپراژ کل از 36 کیلوآمپر به 40، 44 و 50 کیلوآمپر مشاهده شد که در یک طول قوس ثابت، میزان دمای متوسط مذاب افزایش می یابد و الگوی جریان نیز 40 کیلوآمپر و طول قوس 2 سانتی متر نسبت به آمپراژ 36 کیلوآمپر دچار تغییراتی می شود و بدلیل افزایش میزان جریان الکتریکی گذرنده از مذاب، نیروی الکترومغناطیس در چرخش مذاب غالب می گردد. تغییر در طول قوس الکتریک از 20 سانتی متر به 25 و 30 سانتی متر نیز اثر خود را بر متوسط دمایی نشان داد. مقایسه این نتایج با پیش بینی های انجام شده در دیگر پژوهش ها نشان از هماهنگی نتایج دارد. سرباره اثر خود را با افزایش دمای متوسط در حدود 25-30 درجه و اختلاط بهتر دمایی مذاب نشان داد که اثر شناوری در آن بارزتر بود.

ریخته گری مداوم در سه دهه گذشته اهمیت روزافزونی در تولید فولاد داشته است و امروزه مهمترین گام صنعتی در تولید فولاد است. پدیده های جریان سیال و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم خیلی پیچیده هستند و تاثیر قابل توجهی روی کیفیت تولید می گذارند. بنابراین، فهم پدیده های جریان سیال و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم مهم می شود. به ویژه اندازه ضخامت پوسته جامد شده در خروجی قالب بسیار مهم است. زیرا پوسته جامد شده باید به اندازه کافی ضخیم باشد تا در برابر فشار فرواستاتیکی فولاد مذاب مقاومت کند. بعلت دمای بسیار بالای فرایند، اندازه گیری مستقیم توزیع سرعت و دما دشوار می باشد. لذا شبیه سازی عددی یک ابزار مهم است و دانسته های کاملتری ارائه می کند. در این تحقیق، مدلی بر پایه شرایط فنی و عملیاتی ریخته گر تختال در واحد ریخته گری مداوم شرکت فولاد مبارکه معرفی می شود. یک مدل ریاضی سه بعدی برای شبیه سازی جریان متلاطم و انتقال گرما در قالب ریخته گری مداوم تختال با نازل دو شاخه ای، با استفاده از نرم افزار حجم محدود فلوئنت ایجاد شد. از نرم افزار گمبیت برای ایجاد هندسه و تولید شبکه استفاده شد. برای پیش بینی درست الگوی جریان در قالب، حوزه حل شامل نازل، قالب و بخش کوچکی از ناحیه خنک سازی ثانویه در نظر گرفته شد. جریان متلاطم بطور ریاضی با استفاده از معادلات ناویر- استوکس متوسط شده رینولدز توصیف می شود. مدل قابل درک و مدل تنش رینولدز برای تقریب زدن این معادلات استفاده می شود. تکنیک انتالپی- تخلخل برای فرایند انجماد استفاده شده است که یک جمله چشمه ناشی از قانون دارسی در محیط متخلخل، به معادلات اندازه حرکت و تلاطم اضافه می شود. به دلیل مشکلات همگرایی در شبیه سازی فرایند انجماد (به دلیل استفاده از تکنیک انتالپی- تخلخل)، مسئله بصورت گذرا حل گردید. معیار همگرایی، برقراری بالانس انرژی روی مرزهای ناحیه حل است.از نتایج بدست آمده، کمیت های سرعت جریان، ارتفاع تلاطم سطح مذاب، دما و ضخامت پوسته جامد تعیین گردیدند. جریان های بازچرخشی بالایی و پایینی به خوبی پیش بینی شدند. میزان نوسانات سطح مذاب با استفاده از توزیع فشار در امتداد سطح آزاد بر مبنای بقای انرژی پتانسیل محاسبه شد. توزیع دما بشدت به توزیع سرعت وابسته است. توزیع یکنواخت دما در قالب بدست آمد که برای کیفیت تختال مهم است. مدل تنش رینولدز با وجود هزینه محاسباتی بیشتر (حافظه و زمان پردازش)، هیچ مزیتی نسبت به مدل نداشت. این به دلیل حساسیت بیشتر مدل تنش رینولدز به اندازه شبکه، روش گسسته سازی معادلات و تنظیمات حل کننده چند شبکه ای می باشد. در مقایسه با نتایج تجربی، ضخامت پوسته جامد روی وجه پهن تختال به خوبی پیش بینی شد. هرچند نتایج بدست آمده روی وجه باریک، اختلاف زیادی با داده های تجربی دارد. پارامترهای سرعت جریان، ثابت ناحیه خمیری و پروفیل شار گرما در دیوار قالب بیشترین تاثیر را روی فرایند انجماد دارند. بویژه اندازه ثابت ناحیه خمیری اثر بزرگی روی اندازه ضخامت پوسته جامد و میزان رشد آن دارد.

افزایش ظرفیت پالایشگاه اصفهان منجر به بالا رفتن بار حرارتی کوره ی واحد تقطیر در جو و ایجاد گلوگاه در روند عملیاتی شده است. هدف از انجام این پروژه ارائه روشی برای اصلاح شبکه مبدل های حرارتی به منظور صرفه جویی انرژی و رفع گلوگاه شبکه پیش گرم کن واحد تقطیر پالایشگاه اصفهان، با استفاده از تکنولوژی پینچ می باشد. به دلیل وجود تله ی توپولوژی در واحد، روشهای موجود که بر پایه ی هدف گذاری سطح مبدل های فرآیند-فرآیند می باشند، قابل استفاده نیستند. همچنین در روش های موجود اصلاح شبکه مبدل های حرارتی، محدودیتهای عملیاتی واحد به عنوان محدودیت های ثانویه در نظر گرفته و پس از اصلاح مورد بررسی قرار می گیرندکه باعث بروز انحراف از وضعیت واقعی و عملیاتی شبکه می گردد. ازطرف دیگر عدم بررسی افت فشار حاصل از افزایش سطح در طراحی اغلب باعث تعویض یا افزایش پمپ های شبکه و نتایج نادرست در هدف گذاری هزینه ها می گردد. مانع دیگر در استفاده از روش های موجود، وجود محصولات میانی در شبکه است. به منظور رفع معضلات مطرح شده، در این پروژه روش جدیدی بر پایه ی تاثیر افزایش سطح بر روی هزینه ی صرفه جویی انرژی در شبکه ارائه می شود که در آن افت مجاز شبکه بطور همزمان با محدودیت عملیاتی سیستم و شرایط محصولات میانی درهر مرحله از روند بهبود بررسی می شود و بنابراین پس از پایان طراحی نیاز به بررسی و تحلیل سیستم دینامیکی واحد به طور جداگانه نبوده ، کل واحد به طور یکپارچه و همزمان اصلاح می گردد. در پروژه حاضر پس از ارائه روش جدید در هدف گذاری و بهبود شبکه، اطلاعات مورد نیاز جهت شبیه سازی شبکه استخراج و شبکه پیش گرم کن واحد تقطیر پالایشگاه اصفهان به کمک نرم افزار aspen hx-net شبیه سازی گردید. سپس وضعیت فعلی واحد بررسی شد و راه کاری جهت رفع مشکل عملیاتی واحد در مرحله اول بهبود شبکه ارائه گردید. پس از رفع مشکل عملیاتی واحد، روش جدید ارائه شده بر روی شبکه اعمال و نتایج حاصل از بهبود مورد ارزیابی قرار گرفت. برای بهبود شبکه 8 پوسته با مجموع سطح 9/1839 متر مربع و هزینه ی سرمایه گذاری577829 دلار به شبکه افزوده، و با افزایش ?4/23 دمای ورودی کوره، بار حرارتی کوره kj/s14975 (معادل 5/19%) کاهش یافته و در هزینه ی مصرفی کل 1968149 دلار در سال صرفه جویی می شود.

حرکت قطرات غوطه ور در داخل کانال ها و لوله ها، کاربردهای عملی زیادی دارد و در بازه وسیعی از فعالیت های صنعتی دیده می شود. در این رساله، مطالعه سه بعدی سوسپانسیون قطرات در جریان پواسل در یک کانال پریودیک و در اعداد رینولدز محدود انجام شده است. حل کامل معادلات ناویر استوکس که در بر گیرنده کشش سطحی است با استفاده از روش اختلاف محدود/ ردیابی قطرات صورت گرفته است. این روش بر مبنای نوشتن یک دسته معادله بقا برای کل دامنه حل است. به گونه ای که هر دو فاز به صورت یک سیال با خواص مادی متغیر رفتار می کند. روش توصیف شده و بکار رفته در این پایان نامه، ترکیبی از تکنیک های تسخیر و ردیابی قطره است. یک شبکه ساکن منظم برای جریان سیال استفاده می شود اما سطح مشترک با استفاده از یک شبکه مجزا با بعد پایین تر ردیابی می شود. به منظور تحلیل رفتار سوسپانسیون در اعداد رینولدز محدود، جملات جابجایی به معادلات ناویر استوکس افزوده شده است. اگر نسبت چگالی قطره به سیال بیرونی برابر یک باشد، از یک کد fishpack که حل کننده سریع پواسون است برای حل معادله فشار استفاده شده، در حالی که اگر نسبت چگالی مخالف یک باشد، از یک کد چند شبکه ای mudpack استفاده شده است. مهاجرت عرضی یک قطره و حرکت سوسپانسیون متشکل از تعداد زیاد قطرات در جریان پواسل به صورت سه بعدی مورد مطالعه قرار گرفته و تأثیر پارامترهای بدون بعد نظیر عدد رینولدز، عدد کاپیلاری، نسبت چسبندگی، نسبت چگالی و کسر حجمی بررسی شده است. برای شبیه سازی سوسپانسیون متشکل از تعداد زیاد قطرات، از نسخه پردازش موازی کد استفاده شده است. شبیه سازی یک قطره در غیاب نیروی جاذبه در اعداد رینولدز محدود نشان داد که قطره شکل پذیر، در هر موقعیت اولیه ای که قرار داشته باشد به یک موقعیت تعادل بین مرکز و دیواره مهاجرت می کند ( اثر سگر سیبربرگ)، اما قطره با نیروی جاذبه، الگوی جریان پیچیده تری دارد که وابسته به اندازه نیروی شناوری است. شبیه سازی سوسپانسیون تعداد زیاد قطرات نشان داد که برای قطرات با شکل پذیری زیاد (عدد کاپیلاری زیاد)، یک مقدار ماکزیمم برای توزیع چگالی در مرکز کانال بدست می آید در حالیکه قطرات تقریباً کروی (عدد کاپیلاری کم)، به سمت موقعیت تعادلی بین مرکز و دیواره کانال حرکت می کنند. چسبندگی موثر سوسپانسیون با افزایش عدد کاپیلاری کاهش، و با افزایش عدد رینولدز افزایش پیدا می کند. انرژی اغتشاشی جریان در عرض کانال (دمای سوسپانسیون) برای شرایط مختلف محاسبه و مشاهده شد که این انرژی، در مرکز کانال جایی که نرخ برش کم و برخورد قطرات ضعیف است، مینیمم است. هنگامی که از مرکز کانال دور می شویم، انرژی اغتشاشی افزایش می یابد و نزدیک دیواره ها ماکزیمم می شود.

از آنجایی که عملکرد این تجهیزات رابطه مستقیمی با دما دارد، نگه داشتن آن ها در سطح دمای قابل قبول بسیار مهم است. گاهی اوقات نیاز است یک صفحه گرم را بدون کمک انتقال حرارت جابجایی اجباری خنک کنیم یا در یک دمای ثابت نگه داریم، در اینجاست که استفاده از فین در انتقال حرارت جابجایی آزاد روشی مناسب به نظر می رسد. در مطالعه حاضر هدف این است که انتقال حرارت جابجایی آزاد از یک صفحه گرم فین دار را بهینه کنیم. در بهینه سازی ها از الگوریتم ها و روش های مختلفی استفاده می شود؛ یکی از این روش ها، تئوری ساختاری می باشد. برخلاف بهینه سازی ترمودینامیکی که در آن به دنبال یک تعادل یکتا (برای برگشت ناپذیری کمینه) بین عملکرد انتقال گرما و عملکرد مکانیک سیالات هستیم، در طراحی ساختاری هدف پیداکردن الگویی است که در آن هر دوی این عملکردها به بالاترین سطح ممکن برسند. با استفاده از تئوری ساختاری تعداد فین ها و موقعیت آنها، هندسه آنها مانند ارتفاع و ضخامت را جهت انتقال حرارت حداکثر از آنها تحت قیود مشخصی بدست می آوریم. این قیود عبارتند از دمای صفحه و ابعاد صفحه گرم و جرم ماده ای که قصد داریم فین ها را با آن بسازیم و درجات آزادی شامل زاویه صفحه گرم با افق، ضخامت فین ها، ارتفاع فین ها و فاصله فین ها با یکدیگر است. برای حل تحلیلی از روابط انتقال حرارت جابجایی آزاد و روش تقاطع مجانب ها در تئوری ساختاری استفاده می شود. ولی مسئله علاوه بر حل تحلیلی، بصورت عددی نیز حل می گردد و نتایج آن با هم مقایسه و تحلیل شده و ساختار بهینه به دست می آید. در یک حالت، ضخامت، ثابت در نظر گرفته شده، و ارتفاع فین ها و فاصله بین آنها بهینه می شود. در حالت دیگر فین های کوچکتر بین سایر فین ها قرار می گیرند، تا از فضای گرم نشده بین آنها استفاده شود. در این دو حالت نتایج حل تئوری به کمک روش تقاطع مجانب ها و حل عددی به کمک نرم-افزار هم خوانی دارد. در ادامه تاثیر ابعاد و اختلاف دمای فین ها و محیط اطراف، بر روی افزایش انتقال حرارت از فین ها و هندسه بهینه، بررسی می شود و سپس بر روی اثر ضخامت فین ها و همچنین زاویه صفحه پایه با افق، بحث خواهد شد. در بررسی زاویه صفحه پایه با افق، دو حالت مورد توجه قرار گرفته است. یکی حالتی که صفحه پایه فین دارد و حالت دیگر اینکه صفحه پایه بدون فین باشد و تفاوت تغییرات میزان شار حرارتی صفحه و فین ها در دو حالت بررسی شده است.

بهبود میزان انتقال گرما سبب افزایش بازده مبدل ها و کاهش حجم و وزن آنها می گردد. روش های افزایش انتقال گرما به دو روش فعال و غیر فعال دسته بندی می شوند. استفاده از تاثیر اعمال میدان الکتریکی یا به اختصار ehd، بر انتقال گرما یکی از روش های فعال محسوب می شود. از سوی دیگر الکتروهیدرودینامیک یا ehd را می توان شاخه ای میان رشته ای از علوم معرفی کرد که به بررسی اثر اعمال میدان الکتریکی بر سیال می پردازد. در این پژوهش، اثر الکتروهیدرودینامیک روی افزایش انتقال گرمای جابجایی طبیعی درون یک لوله عمودی که تحت شار گرمایی ثابت واقع شده، به صورت تجربی بررسی شده است. در شرایط یاد شده اعمال میدان سبب به وجود آمدن حرکت ثانویه ای در هوا می شود که به باد کرونا مشهور بوده و با برهم زدن لایه مرزی موجب افزایش ضریب انتقال گرما می شود. بررسی ها با سیال کاری هوا صورت می گیرد و میدان الکتریکی از طریق یک سری سیم موازی با محور لوله، اعمال می شود. اثر سه پارامتر قطر الکترود سیمی، آرایش الکترودهای سیمی و میزان میدان الکتریکی اعمالی در تغییرات انتقال گرمای جابجایی طبیعی درون لوله بررسی شده است. نتایج آزمایشگاهی به دست آمده عبارتند از: • با افزایش ولتاژ اعمالی و جریان کرونا ( با ثابت بودن سایر پارامترها) ضریب انتقال حرارت افزایش می یابد. • افزایش قطر الکترود باعث افزایش ولتاژ شروع کرونا می گردد. بیشترین افزایش انتقال گرما، با اعمال ولتاژ یکسان، برای الکترود سیمی با قطر کمتر مشاهده شد. همچنین برای داشتن جریان کرونایی مشخص در قطرهای مختلف الکترود سیمی، به الکترود سیمی قطورتر ولتاژ بیشتری باید اعمال گردد. علاوه بر این، به دلیل گسترده تر بودن محدوده ی ولتاژ کرونا برای الکترود با قطر کمتر، استفاده از این نوع الکترود توانایی بیشتر و محدوده ی وسیع تری برای کنترل دمای لوله ایجاد می کند. • نتایج به دست آمده از نمودارها حاکی از افزایش انتقال گرما از سطح داخلی لوله با افزایش تعداد سیم ها از حالت تک سیم به دو سیم و از دو سیم به چهار سیم، می باشد. این در حالی است که مقدار افزایش انتقال گرما از حالت تک سیم به دو سیم بیشتر از حالت دو سیم به چهار سیم است. • مصرف انرژی در آرایش تک سیمی و در قطرهای مختلف الکترود سیمی، تغییرات چندانی نداشت. در حالی که در سه آرایش الکترودی تک سیم، دو سیم و چهار سیم، مصرف انرژی با افزایش تعداد سیم ها کاهش یافت.

با توجه به محدودیت منابع انرژی در جهان و همچنین افزایش هزینه استفاده از انرژی در سال های اخیر، تحقیق در زمینه ی انرژی با هدف کاهش مصرف آن در فرآیند های مختلف مورد توجه قرار گرفته است. در این راستا در زمینه انتقال حرارت تلاش های وسیعی جهت ایجاد مبدل های حرارتی فشرده تر و پر بازده تر با وزن و اندازه ی کمتر و در نتیجه ارزانتر صورت گرفته است. یکی از انواع مبدل ها، مبدل های حرارتی با لوله های مارپیچ است که کاربردهای وسیعی در صنایع مختلف از قبیل صنایع شیمیایی، نیروگاه ها، صنایع غذایی، دارویی و... دارد. گاز r-404a یک گاز غیر مخرب لایه ازن می باشد که برای جایگزینی گازهای r-12، r-22،r-502 در کاربردهای دما پایین و کاربردهای دما متوسط مانند فریزرهای فروشگاهی، ماشین های حمل موارد غذایی تولید شده است. با توجه به اینکه مطالعات انجام شده درمورد تاثیر پیچش و گام لوله های مارپیچ بر میزان انتقال حرارت در چگالش مبردهای مختلف با یکدیگر تفاوت دارند و هیچ گونه مطالعه ای در مورد مبرد r-404a گزارش نشده است به بررسی انتقال حرارت تجربی این مبرد تحت تاثیر عامل های موثر مانند شعاع انحنا، گام پیچه، کیفیت بخار و سرعت جرمی پرداخته شد. در دستگاه آزمایش مورد استفاده ابتدا گاز درکمپرسور متراکم شده و پس از عبور از شیر برقی وارد پیش کندانسور می گردد. برای خنک کاری یا گرمایش مبرد در سیکل تراکمی از آب به صورت جریان مخالف استفاده گردید. وظیفه پیش کندانسور کنترل کیفیت بخار ورودی به کندانسور آزمایش به کمک افزایش یا کاهش دبی جریان عبوری آب می باشد. به کمک موازنه انرژی (میزان حرارت دفع شده به کمک آب) کیفیت بخار خروجی از آن تعیین گردیده، وارد کندانسور آزمایش می گردید. ضریب انتقال حرارت و کیفیت بخار در خروج از مبدل مورد آزمایش بر اساس اصل موازنه انرژی خروجی از پیش کندانسور و کندانسور اصلی مورد محاسبه قرار گرفت. پس از آن برای زیر سرد سازی وارد کندانسور ثانویه می شود. وظیفه کندانسور ثانویه چگالش کامل مبرد قبل از ورود به روتامتر و افزایش کارایی شیر انبساط می باشد. دبی جرمی عبوری از کندانسور آزمایش به کمک شیر تنظیم دبی و با توجه به روتامترمورد استفاده، تعیین می گردید. مبرد عبوری از شیر انبساط وارد اواپراتورگردیده و عمل تبخیر صورت می گرفت. برای اندازه گیری دمای سطح لوله مارپیچ و دمای آب ورودی و خروجی به کندانسورها ، ترموکوپل هایی از نوع j و ترمومتر کالیبره شده با دقت ?1/0 استفاده شد. لازم به ذکر است تمام کندانسورها برای حداقل کردن نشت حرارتی و ایجاد خطا عایق گردیدند. آزمایش ها در سه سرعت جرمی 125، 156و kg/m2s 188 صورت گرفت. لوله های مارپیچ با شعاع های انحنای متفاوت بین 35/4 تا cm65/7 و گام های بین cm5/1 تا cm5/3 ساخته شدند. در مجموع 162 آزمایش انجام گردید. دمای سطح خارجی لوله از مقدار میانگین ترموکوپل هایی که روی سطح لوله آزمایش قرار داشت، بدست آمد. کیفیت موضعی در ورود و خروج به هر کندانسور با استفاده از موازنه انرژی محاسبه شد و کیفیت بخار کندانسور آزمایش از میانگین کیفیت های ورودی و خروجی از کندانسور اصلی بدست آمد. آنالیز خطای آزمایش ها نشان داد که میزان خطا برای تمام آزمایش ها کمتر از %65/9± بود. بر اساس بررسی تجربی حاضر در خصوص انتقال حرارت چگالشی در لوله های مارپیچ با شعاع های انحنای مختلف دیده شد که تغییرات شعاع انحنای لوله تاثیر زیادی بر ضرایب انتقال حرارت چگالشی دارد به صورتی که در سرعت های جرمی و کیفیت های پایین بخار، این تغییرات چشمگیرتر است. بیشترین ضریب انتقال حرارت چگالشی در کیفیت های بالای بخار، درشعاع لولهcm 35/4 اتفاق می افتد که نسبت به شعاع cm65/7 در سرعت جرمی یکسان از افزایش % 42 ضریب انتقال حرارت برخوردار است. با افزایش دبی جرمی یا کیفیت بخار تاثیرکاهش شعاع انحنا در افزایش ضریب انتقال حرارت کاهش می یابد به طوری که بیشترین افزایش متوسط ضریب انتقال حرارت در سرعت جرمی kg/m2s 125 و به میزان % 45 برای متوسط ضریب انتقال حرارت شعاع انحنایcm 35/4 به شعاع انحنای cm56/7 بود. دلیل این امر آن است که افزایش سرعت بیشتر تحت تاثیر افزایش کیفیت یا افزایش دبی جرمی است.

مبدل های حرارتی از وسایلی هستند که کاربرد بسیار وسیعی در صنعت دارند و به همین دلیل اصلاح عملکرد آنها طی قرن گذشته همواره مورد توجه محققان بوده است. اصلاح ضریب عملکرد مبدل های حرارتی می تواند به کوچکتر شدن آنها منجر شود. از طرفی یک مبدل حرارتی با عملکرد خوب می تواند انرژی را با راندمان بیشتری انتقال دهد. در این پژوهش اثر قرار گیری الیاف رشته ای انعطاف پذیر بر روی جریان داخلی در یک لوله با دمای ثابت پرداخته شده است. الیاف استفاده شده در سه جنس پلی پروپیلن، پلی-استر و پنبه می باشند. همچنین سه طول و چهار آرایش از الیاف مذکور بررسی شده است. آزمایش ها در دو رژیم جریان آرام و آشفته انجام شده است. محدوده اعداد رینولدز مورد بررسی از 600 تا 2300 و از 3000 تا 10000 می باشد. نتایج حاکی از آن بود که، هر چه چگالی الیاف بیشتر باشد، الیاف اثر بیشتری بر جریان دارند. همچنین در صورتی که طول الیاف کوتاهتر و تعداد الیاف افزایش یابد، انتقال حرارت افزایش خواهد یافت. همچنین در صورتی که قطر الیاف افزایش یابد، اثر بیشتری بر افزایش انتقال حرارت خواهد داشت. بیشینه افزایش انتقال حرارت در جریان آرام 51 درصد به دست آمد. در پایان بهترین معیار ارزیابی عملکرد در جریان آشفته، 61/0 و برای الیاف پنبه در حالی که طول الیاف 30 سانتیمتر و در آرایش با زاویه 120 درجه درون لوله قرار گرفته اند، به دست آمد.

با توجه به محدودیت منابع سوخت فسیلی و پیامدهای ناشی از به کارگیری آن ها از لحاظ تخریب محیط زیست، استفاده از منابع انرژی تجدیدپذیر در دهه های اخیر گسترش زیادی یافته است. یکی از منابع لایزال انرژی، انرژی خورشیدی است. کشور ایران با توجه به موقعیت جغرافیایی خود یکی از مناطق مستعد برای تبدیل و استفاده از انرژی خورشیدی است. تابش متناوب خورشید در طول شبانه روز، ذخیره ی انرژی گرمایی ناشی از آن را برای کاربرد انرژی گرمایی ناگزیر می کند. استفاده از انرژی گرمایی محسوس یک ماده ی ذخیره کننده- عمدتاً آب- به منظور ذخیره ی گرما، معمول ترین روش استفاده است. بهره گیری از گرمای نهان ناشی از مواد تغییر فاز دهنده (pcm) به همراه انرژی گرمایی محسوس از جمله روش های نوین برای ذخیره انرژی حرارتی است. در این پژوهش از یک نمونه پارافین با خصوصیات ترموفیزیکی مورد نیاز، به عنوان یکی از مواد تغییر فاز دهنده در سیستم های خشک کن خورشیدی استفاده شده است. کاربرد خشک کن های خورشیدی در محل های تولید محصولات کشاورزی مانند مزارع و باغ ها باعث صرفه جویی در مصرف انرژی و کاهش هزینه های تولید و تبدیل بهینه محصولات کشاورزی می شود. کیفیت محصول، به خصوص در محصولاتی مانند سبزی های برگی ( که با داشتن مواد معطر در برابر دمای بالای خشک کن های صنعتی فوق العاده حساس هستند) وقتی با خشک کن های خورشیدی خشک شود به طور قابل توجهی نسبت به روش های سنتی (پهن کردن محصول در برابر آفتاب و باد) و روش صنعتی ( که پر هزینه است) بالاتر خواهد بود. از مزایای عمده پارافین عدم تغییر خواص آن در تغییر فازهای مکرر و گرمای نهان بالای آن می باشد. مهم ترین عیب پارافین ضریب هدایتی پایین آن است که برای افزایش آن از مفتول های مسی و پودر پارافین استفاده شده است. افزایش زمان تولید هوای گرم، نزدیکی دمای هوای گرم تولیدی به دمای هوای مورد نیاز، چگالی انرژی گرمایی ذخیره شده در خشک کن و بازده قانون دوم ترمودینامیک مواردی است که میزان تغییر آن ها با به کارگیری pcm در خشک کن تحقیق شده است. سپس یک ماده غذایی (انگور) توسط خشک کن ساخته شده خشک شده که در مقایسه با خشک کن بدون پارافین حدود 35 درصد سریع تر است و این به معنی امکان تولید بیشتر در یک بازه زمانی معین است.

امروزه جریان های چندفازی در صنایع مختلفی وجود دارد و بررسی این جریان هااز اهمیت خاصی برخوردار است. تاکنون افرادزیادی روی این جریان هاکار کرده اند و از جنبه های مختلفی این جریان هامورد بررسی قرار گرفته است. چالش اصلی برای شناخت این جریان هاتعریف یک مدل مناسب برای آنها می باشد. جریان های چندفازی درون لوله،شکل های مختلفی به خود می گیرند که به آن رژیم های جریان می گویند. در واقع رژیم های جریان حالت های متفاوتی است که فازهای مختلف در یک جریان چندفازی نسبت به هم دارند. از آنجا که هرکدام از این رژیم ها به نحوی در طراحی خطوط لوله موثرند لذا تاکنون مطالعات زیادی برای پیش بینی رژیم های جریان صورت گرفته است. از انواع رژیم های جریان به رژیم لایه ای و اسلاگ برای نمونه می توان اشاره نمود. برای مثال در رژیم اسلاگ، ذات رژیم باعث به وجود آمدن تنش های اضافی به خط لوله می شود بنابراین همیشه در صدد هستیم تا از بروز این رژیم در لوله ها جلوگیری کنیم. یکی از تجهیزاتی که به این منظور به کار می رود، لخته گیرمی باشد. لخته گیرها دارای انواع مختلفی هستند که در نوع انگشتی آن که معمولا در ورودی پالایشگاه ها کار گذاشته می شوند، رژیم جریان به صورت لایه ای می باشد تا علاوه بر از بین بردن رژیم اسلاگ فازهای متفاوت نیز در آن از هم جدا شده و در عملکرد تجهیزات پایین دستی این لخته گیرها اخلال ایجاد نشود. در این پایان نامه انواع رژیم های جریان مورد بررسی قرار گرفته و نقشه رژیم های جریان ارائه شده است. همچنین اشاره ای به انواع لخته گیر ها و مکانیزم های جداسازی در آنها شده است. در ادامه روابط حاکم بر رژیم های لایه ای و اسلاگ آورده شده است. انواع رژیم های لایه ای از قبیل رژیم لایه ای با مرز صاف، مرز منحنی و مرز موجی شکل مورد بررسی قرار گرفته و روابط آنها ارائه شده است. همچنین انواع مدل های توربولانسی و کاربرد هرکدام، همراه با روابط مربوط بیان شده است. در ادامه نیز جریان، در یک لخته گیر انگشتی به وسیله نرم افزار ansys,cfxشبیه سازی شده و تاثیر عواملی از قبیل شیب، دبی و فشار بر روی جریان در لوله ها مورد بررسی قرار گرفته است و در انتها تاثیر افزودن افزاینده در ورودی انگشتی ها برای توزیع بهتر جریان در آنها مورد بررسی قرار گرفته است.در این پایان نامه مشخص گردید افزایش فشار در دبی یکسان باعث کاهش سطح مایع در انگشتی های لخته گیرمی گردد. همچنین نمودار دبی حجمی ورودی مایع نسبت به شیب های مختلف لخته گیر رسم گردید و با نمودار رسم شده برای لخته گیرهای دن هلدر و اس تی فرگوس مورد مقایسه قرار گرفت.

فرآیند آنیل پیوسته به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی ورق پس از نورد سرد انجام می گیرد. با وجود اندازه گیری مستقیم دمای نهایی ورق توسط یک پیرومتر، داشتن تغییرات دمای ورق در کوره برای پیش بینی خواص مکانیکی ورق و بهبود آن ضروری است. هدف از تحقیق حاضر دستیابی به روند دقیق تغییر دمای ورق از ورود تا انتهای ناحیه ی گرمایش است. برای این منظور، مدل ریاضی مناسبی برای پیش بینی توزیع دمای ورق در دو حالت یک بعدی و سه بعدی، ارائه گردیده است. این مدل در تنظیم شرایط، برای رسیدن به دما و خواص خروجی مطلوب کمک خواهد کرد. در ابتدا روش عددی مناسبی جهت حل معادله انرژی انتخاب گردیده است. بعد از آن مکانیزم های انتقال حرارت در کوره شامل جابجایی اجباری و طبیعی و تشعشع بررسی شده-است. برای تعیین شرط مرزی تشعشع، با توجه به هندسه کوره و وجود لوله های تشعشعی به عنوان منبع حرارت، روش مونت کارلو برای تعیین ضرایب شکل در کل کوره مطالعه و به کار گرفته شده است. دقت مدل ارائه شده از طریق مقایسه دمای نهایی پیش بینی شده توسط مدل با داده های واقعی مجتمع فولاد مبارکه ارزیابی شده است. مقدار خطای ناچیز مدل نشان دهنده قابلیت مدل در پیش بینی دقیق توزیع دمای ورق در کوره است. نتایج نشان می دهد که علی رغم صرف وقت و هزینه بسیار، حل سه بعدی اثر کمی بر دقت نتایج دارد. همچنین به دلیل محاسبه دقیق ضرایب شکل با روش مونت کارلو، حل یک بعدی جواب دقیقتری ارائه می دهد. علاوه بر این تأثیر پارامترهای مختلف از جمله ضریب صدور و سرعت ورق، بر روی توزیع دمای ورق بررسی شده است. در نهایت با استفاده از مدل، به راحتی می توان شرایط کوره را برای ورق هایی با خصوصیات جدید تعیین کرد.

امروزه محدودیت های سوخت های فسیلی در تولید برق شامل آلودگی، محدود بودن منابع و... توجه بشر را به تولید فن آوری-های جدید در تولید انرژی الکتریکی جلب کرده است. انرژی های نو رایگان و در اغلب نقاط جهان به نوعی در درسترس اند. در میان انواع انرژی های تجدیدپذیر انرژی خورشیدی طرفداران بیشتری را در سراسر جهان یافته و پیشرفت قابل توجهی کرده-است. در اکثر نیروگاه های خورشیدی از کلکتورهایی استفاده می شود که پرتوهای نور را در ناحیه ای متمرکز می کنند. این کلکتورها شامل کلکتورهای سهموی، بشقابی، تخت و... می باشد. مشکلات متعدد کلکتورهای سهموی اعم از هزینه ی بالا، تفاوت ضریب انبساط طولی شیشه و فلز، سیستم ردیاب پیچیده، سایه اندازی خطوط روی یکیدیگر و... باعث طراحی و ساخت سیستم های جدید در فن آوری خورشیدی شده است. کلکتورهای فرزنل از این دست فن آوری هاست که با جایگزینی آینه های تخت به جای آینه های سهموی که ساخت هزینه بری دارند، در درجه ی اول هزینه ی سیستم را کاهش دادند و ساخت آن را نیز بسیار ساده تر کرده است. البته بازده ی سیستم های سهموی بیشتر از فرزنل است؛ اما برخی مزایای کلکتور فرزنل مانند هزینه ی ساخت پایین، کاهش نیروی درگ باد، استفاده ی مفید از فضای نیروگاه و... این فن آوری را مهم و قابل توجه جلوه می دهد. یکی از مسائلی که در این سیستم ها وجود دارد، هدررفت پرتوهای بازتابی از آینه های پایینی از کنار لوله ی جاذب است. علت این پدیده، تفاوت پهنای آینه های پایینی با قطر لوله ی جاذب است. در اینجا طرحی جهت افزایش بازده ی این کلکتورها از طریق افزایش شار تابشی برخوردی به آنها، ارایه شده است. قراردادن یک آینه به عنوان بازتابنده ی ثانویه در قسمت بالایی لوله ی جاذب موجب می شود بسیاری از پرتوهایی که از کنار لوله عبور کرده و بدون برخورد هدر می روند، دوباره به سطح لوله بازگردند. اگرچه توجه به این نکته لازم است که حضور بازتابنده ی ثانویه از عبور تعدادی از پرتوهای رسیده از خورشید و برخورد با سطح فوقانی لوله و همچنین با آینه های پایینی ممانعت می کند، اما وجود این بازتابنده آنقدر موجب افزایش شار می-شود که این کاهش را جبران کند. همچنین باتوجه به قرارگرفتن لوله ی جاذب در قسمت فوقانی آینه های پایینی، شار تابشی روی آن نایکنواخت بوده و در برخی نقاط به صفر هم می رسد. آینه ی بالایی این مشکل را نیز تا حدودی حل کرده و موجب یکنواختی شار روی لوله می شود. این مساله در برخی کاربردها مانند سیستم هایی که از نمک های مذاب به عنوان سیال ناقل حرارت استفاده می کنند، اهمیت ویژه ای دارد. در این پروژه 6 طرح برای استفاده به عنوان پروفیل بازتابنده ی ثانویه ارایه شده-است. پروفیل های پیشنهادشده به صورت جداگانه در نرم افزار matlab شبیه سازی شده است. جهت مقایسه ی طرح ها در ابتدا تحلیل روی حالت بدون بازتابنده انجام و سپس سایر بازتابنده ها مورد بررسی قرار گرفتند. در هرکدام از این بازتابنده ها پارامترهای موثر بر شار دریافتی آنها مانند طول و زاویه بررسی و بهترین حالت هریک و در نهایت بهترین بازتابنده از لحاظ میزان و یکنواختی شار انتخاب شده است. در هریک از حالات مذکور، زاویه ی اولیه ی بهینه نیز برای تک تک آینه های پایینی از طریق آزمون و خطا محاسبه و ارائه شده است. بررسی های انجام شده نشان می دهد بازتابنده ی تخت با دو بال کناری (که البته آنها هم تخت هستند) علاوه بر ارایه ی بیشترین شار تابشی(این آینه 87% پرتوهای رسیده از خورشید را به کمک آینه های پایینی به لوله بازمی تاباند)، ساخت بسیار ساده تر و البته کم هزینه تری دارد.

در فرآیند جذب با تناوب فشار، جریان عبوری از بستر، تحت تأثیر نوسان فشار قرار می گیرد تا فرآیند جذب توسط دانه های جاذب، در نیم سیکل اول زمانی و در فشار بالا، انجام شود و محصول غنی از جزء مورد نظر تولید گردد. در نیم سیکل دوم زمانی که فشار سیستم پایین است، فرآیند دفع توسط دانه ها صورت می گیرد تا بستر از حالت اشباع خارج شده و مجدداً برای نیم سیکل بعدی، آماده فرآیند جذب شود و این عمل در سیکل های متعدد ادامه می یابد و محصول بیشتری تولید می گردد. در این پروژه، شبیه سازی فرآیند جذب با تناوب فشار، جهت جداسازی اکسیژن از هوا، به کمک یک بستر فشرده (در مراحل جذب و تخلیه) و دو بستر فشرده (سیکل کامل اسکار استورم: مراحل فشارزنی، جذب، تخلیه و پاکسازی)، توسط نرم افزار comsol 4.2 a ، انجام شده است. دانه های جاذب از نوع زئولیت 5a می باشند. در این شبیه سازی، در شرایط همدما، معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء جریان، همراه با رابطه مدل ldf حل شده اند که مدل همدمای تعادلی لانگمویر برای بیان تعادل غلظت اجزاء درون دانه ها و بین دانه ها به کار گرفته شده است. تحت این شرایط، بر اساس تغییرات فشار جزئی اجزاء جریان در طول بستر و نسبت به زمان، تغییرات ضرایب نفوذ مولکولی و نودسن (ضرایب نفوذ به درون حفره های ماکروی دانه جاذب) محاسبه شده و همچنین تأثیر به کار بردن ضریب نفوذ سطحی(ضریب نفوذ به درون حفره های میکروی دانه جاذب) لحاظ شده است. بر اساس مقادیر این ضرایب، با توجه به روابط تجربی موجود، تأثیر تغییرات ضریب نفوذ محوری و ضریب نفوذ همگن موثر( مدل ldf) در محاسبه میزان شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها به دست آمده است و علاوه بر این، تأثیر تغییرات ویسکوزیته جریان، ناشی از تغییرات کسر مولی اجزاء جریان در طول بستر و نسبت به زمان، نیز در محاسبه شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها در نظر گرفته شده است. نتایج به دست آمده از این شبیه سازی با نتایج به دست آمده از شبیه سازی فرآیند در شرایط همدما و در حالتی که ضریب نفوذ محوری، ضریب نفوذ همگن موثر و ویسکوزیته جریان، مستقل از مکان (امتداد بستر) و زمان در نظر گرفته شده و از ضریب نفوذ سطحی صرفنظر شده، مقایسه شده است. اهمیت این پروژه در محاسبه دقیق تر شار جذب نیتروژن و غلظت اجزاء در بین دانه ها، نسبت به شبیه سازی های قبلی، در شرایط همدما می باشد. همچنین در این پروژه، نیم سیکل اول سیکل اسکاراستورم، با مدل فیک، به کمک ترکیب روش های ترتیب متعامد و حجم محدود، توسط کد عددی، شبیه سازی شده است. معادلات مورد استفاده، شامل معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء، معادله بقاء انرژی در داخل بستر و معادلات بقاء جرم جزئی اجزاء درون دانه جاذب می باشد. در این حالت، تغییرات دما در طول بستر و نسبت به زمان در نظر گرفته شده، ولی برای دانه های جاذب (زئولیت lilsx) فقط تغییرات زمانی دما، لحاظ شده است.

طیف گسترده ای از متمرکزکننده های خورشیدی در سال های اخیر توسعه یافته اند. بازتابنده های خطی فرزنل از انواع متمرکزکننده های خورشیدی می باشند. این نوع متمرکزکننده از یک سری بازتابنده های بلند تشکیل شده است، که بر روی یک پایه مسطح قرارگرفته اند، و هر کدام عرضی محدود و طولی مساوی با طول دریافت کننده دارند. از فوائد خوب این سیستم استفاده از بازتابنده های انعطاف پذیر است، که در مقایسه با بازتابنده های شیشه ای ارزان تر هستند. در پژوهش حاضر، تاثیر استفاده از بازتابنده های سهموی به جای بازتابنده های تخت، در متمرکزکننده خورشیدی فرزنل، بررسی شده است. برای این سیستم جدید توزیع نسبت تمرکز با استفاده از روش آماری تعقیب پرتو بر روی سطح جاذب لوله ای تعیین شده است، و با سیستم متمرکزکننده خورشیدی فرزنل با بازتابنده های تخت مقایسه شده است. همچنین اثر پارامترهای هندسی، از قبیل ارتفاع جاذب و پهنای بازتابنده ها، بر نسبت تمرکز بررسی شده است. نتایج نشان داده است، استفاده از بازتابنده های سهموی با انحنای کم بجای بازتابنده های تخت در این متمرکزکننده، تاثیر زیادی بر قطر لوله جاذب دارد. مقایسه دو سیستم تخت و سهموی که سه پارامتر آن ها یعنی پهنای بازتابنده ها، تعداد بازتابنده ها و ارتفاع لوله جاذب برابر می باشد، نشان داد که در سیستم سهموی قطر لوله جاذب کوچکتر از قطر لوله در سیستم تخت می باشد، در نتیجه میزان اتلافات حرارتی از سطح لوله کاهش می یابد. مقایسه دو سیستم با قطر لوله جاذب و میزان انرژی خورشیدی دریافتی برابر، نشان داد که در سیستم سهموی از بازتابنده های با پهنای بیشتری استفاده شده است، در نتیجه تعداد بازتابنده ها کاهش یافته و سیستم کنترل متمرکزکننده ساده تر می شود.

خورشید منبعی است تقریبا تمام نشدنی که می تواند متضمن انرژی مورد نیاز جهان باشد. وجود این انرژی ارزان و نامحدود بر گستره فعالیت های اکتشافی این حوزه افزوده است تا با گسترش تکنولوژیهای نوین، راهکارهای جدیدی برای بهره گیری از منابع خورشیدی ارائه شود. در این میان ظهور نانوسیالات یا سوسپانسیون نانوذرات- مایع، دسته جدیدی از کلکتورهای خورشیدی مبتنی بر نانوسیال ها را ایجاد کرده است که به کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم شناخته می شوند. در طرح های جدید، کلکتورهای جذب مستقیم از نانوسیال به عنوان محیط جاذب استفاده می شود. در این پژوهش هدف ما بررسی پارامترهای موثر بر بازده این کلکتورها می باشد. یکی از قدم های مهم در این پایان نامه ارائه مدلی برای محاسبه ضریب اطفاء نانوسیال می باشد ابتدا با ارائه سه تئوری رایلی، مای و ماکسول -گارنت، ضریب اطفاء نانوسیالهای مختلف محاسبه شد در نهایت با مقایسه هر سه تئوری نتایج نشان داد که تئوری مای از دقت بالاتری نسبت به دو تئوری دیگر در پیش بینی ضریب اطفاء نانوسیال برخوردار است. در ادامه با حل دوبعدی معادله انرژی و حل یک بعدی معادله انتقال تابشی مدلی برای محاسبه بازده کلکتور خورشیدی جذب مستقیم ارائه شد و تاثیر پارامتر های مختلفی مانند قطر، جزءحجمی نانوذرات، مشخصات هندسی کلکتور، ضریب عبور پوشش شیشه ای، تاثیر استفاده از بازتابنده ایده ال در کف کلکتور و نوع سیال پایه بر بازده بررسی شد. نتایج نشان داد با افزایش قطر ذرات بازده افزایش می یابد اما این افزایش زیاد نیست. با افزایش جزءحجمی نانوذرات بازده کلکتور در ابتدا رشد سریعی خواهد داشت سپس ثابت می ماند. افزایش طول کلکتور کمترین تاثیر را بر بازده کلکتور دارد. هرچه ضریب عبور شیشه بالاتر باشد راندمان بیشتر و استفاده از بازتابنده ایده آل در کف کلکتور روش مناسبی به منظور کاهش هزینه تمام شده کلکتور با حداقل ارتفاع می باشد. نتایج نشان داد تاثیر افزایش ارتفاع کلکتور یکی از پارامتر های مهم بر راندمان کلکتور است زیرا افزایش ضخامت لایه نانوسیال باعث جذب بیشتر و افزایش راندمان می شود. همچنین در بررسی نوع سیال پایه از چهار سیال پایه (آب، اتیلن گلیکول، پروپیلن گلیکول و ترمینول vp-1)، بسته به محدوده دمای کارکرد کلکتور استفاده شد. نتایج نشان داد آب بهترین جاذب نور خورشید می باشد که می توان از آن در کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم با دمای پایین مانند آبگرم کن های خورشیدی استفاده کرد. از طرفی در این پژوهش روش جدیدی برای محاسبه ضریب اطفاء مخلوط آب – اتیلن گلیکول براساس تئوری ماکسول- گارنت ارائه شده است که در کلکتورهای خورشیدی جذب مستقیم دما پایین جایگزینی مناسبی برای آب براساس شرایط آب و هوای هر منطقه می باشد. در نهایت از مقایسه این کلکتورها با کلکتورهای صفحه تخت معمولی افزایش تقریبا 10 درصدی در بازده مشاهده شد.

هدف در این کار پژوهشی؛ طراحی و راه اندازی بستر آزمون گرم پرخوران ، بررسی تجربی عملکرد کمپرسور گریز از مرکز به کار رفته در پرخوران موتورهای احتراق داخلی و رسم منحنی های عملکردی کمپرسور و در نهایت شبیهه سازی یک بعدی عملکرد کمپرسور و مقایسه آن با نتایج آزمایشگاهی می باشد. بستر آزمون مورد استفاده جهت این کار، دستگاه توربین گاز موجود در آزمایشگاه ترمودینامیک دانشکده مکانیک است که به یک پرخوران در خروجی آن مجهز شده است. برای ثبت دقیق تر و سریعتر داده ها، سیستم داده برداری از آنالوگ به دیجیتال ارتقاء یافته است. به همین منظور مجموعه حسگرهای موجود بر روی دستگاه ارتقاء یافته و یک داده بردار که قابلیت پشتیبانی همزمان حسگرهای دما، فشار و سرعت دورانی را دارد، ساخته شده تا داده های دریافتی را جهت نمایش و ذخیره-سازی، به رایانه انتقال دهد. با طراحی یک روند خاص جهت انجام آزمون، منحنی های عملکرد کمپرسور(نسبت فشار- -دبی و بازده-دبی) به دست می آید که با منحنی های موجود در مراجع، تطابق خوبی دارند. در ادامه، مدلسازی یک بعدی کمپرسور گریز از مرکز به منظور پیش بینی عملکرد آن صورت می پذیرد. در این مدلسازی با تخمین افت های مختلف موجود در کمپرسور بوسیله ی روابط تئوری- تجربی، نسبت فشار و بازده بر حسب پارامتر جرمی و دور به ازای نقاط طراحی و خارج طراحی محاسبه می گردد و نتایج مدلسازی یک بعدی با نتایج تجربی آزمایشگاه مقایسه گردیده که تطابق نسبتا خوبی با نتایج تجربی داشته است.

سوخت های فسیلی که منابع فعلی انرژی بشر می باشند، جواب گوی نیاز روزافزون جوامع به انرژی نیستند؛ جایگزینی کردن این منابع با منابعی پایدار و مطمئن از انرژی ضروری می نماید. انرژی های تجدیدپذیر منابعی دائمی، در دسترس و تمیز و گزینه ای مناسب برای جایگزین کردن منابع فعلی انرژی می باشند. انرژی خورشید یکی از پرکاربردترین گونه های انرژی های تجدیدپذیر می باشد که امروزه به صورت های مختلفی به کار گرفته می شود. کاربردهای انرژی خورشیدی را می توان در دو دسته اصلی گرمایی و الکتریکی دسته بندی نمود. با وجود مزایای زیاد سیستم های خورشیدی گرمایی و الکتریکی، محدودیت هایی بر سر راه گسترش استفاده از این نوع انرژی وجود دارد. طولانی بودن زمان بازگشت سرمایه به دلیل پایین بودن بازده صفحات فتوولتائیک، کاهش بازده صفحات با افزایش دما، هزینه بالای تولید و نصب صفحات و نیاز به مساحت زیاد برای نصب هم زمان سیستم های گرمایی و الکتریکی از جمله مسائلی هستند که برای استفاده از سیستم های خورشیدی مطرح می باشد. ترکیب سیستم های خورشیدی گرمایی و الکتریکی در یک مجموعه واحد منجر به بهبود عملکرد سیستم های خورشیدی می گردد. این مجموعه واحد جمع کننده خورشیدی فتوولتائیک-گرمایی نامیده می شود. سیستم ترکیبی علاوه بر مزیت اشغال فضای کمتر، در کل بازدهی بیشتر از سیستم-های جداگانه گرمایی و الکتریکی دارد. در این تحقیق یک سیستم ترکیبی شبیه سازی و اثر پارا مترهای سیستم بر عملکرد آن بررسی شده است. سیستم های فتوولتائیک-گرمایی با هندسه صفحه و لوله به دلیل ساختار ساده شان به راحتی با ترکیب سیستم های گرمایی و الکتریکی موجود در بازار ساخته می شوند و جایگزینی مناسب برای سیستم های گرمایی و الکتریکی فعلی می باشند؛ سیستم های صفحه و لوله بازده مناسبی نیز دارند؛ با در نظر گرفتن این ویژگی ها این هندسه برای شبیه سازی استفاده شده است. به-دلیل دمای جوش پایین، جریان مبردها در لوله در دماهای پایین دو فازی می شود و به دلیل ضریب انتقال حرارت بالای دو فازی، سیستم های فتوولتائیک-گرمایی با سیال عامل مبرد، دمای کاری پایین تر و در نتیجه بازده الکتریکی بالاتری نسبت به سیستم های مشابه با سیال عامل آب دارند. به همین دلیل ابتدا استفاده از مبرد به عنوان سیال خنک کننده سیستم بررسی شده است. به این منظور جریان دو فازی مبرد در لوله صاف و مارپیچ با مدل مخلوط گازها شبیه سازی شده است. ولی به دلیل هم خوان نبودن نتایج مدل سازی جریان دو فازی با نتایج کارهای تجربی انجام شده، نهایتا سیال عامل آب با جریان تک فازی برای شبیه سازی به کار برده شده-است. دما و دبی جرمی سیال ورودی به سیستم و همچنین پوشش دار یا بدون پوشش بودن سیستم، از جمله عواملی هستند که بر عملکرد سیستم های ترکیبی اثر می گذارند. با توجه به نتایج، با افزایش دمای سیال ورودی به میزان k 20، بازده حرارتی و الکتریکی به ترتیب %8 و %15 کاهش می یابند. افزایش دبی جرمی از kg/s 005/0 تا kg/s 1/0، بازده الکتریکی و حرارتی را به میزان %3/4 و %7/9 افزایش و دمای خروجی سیال را به میزان %9/4 کاهش می دهد. بنابراین دبی جرمی باید براساس نوع سیستم و اولویت داشتن بازده گرمایی و الکتریکی و یا کیفیت دمای خروجی سیال انتخاب شود. اضافه کردن پوشش منجر به بهبود عملکرد گرمایی سیستم و افت عملکرد الکتریکی آن می شود. با اضافه کردن یک لایه پوشش برروی سیستم افزایش %19 در بازده حرارتی و کاهش %1/1 در بازده الکتریکی دیده می شود.

روش شبکه بولتزمن روشی با مبنای ذره ای-جنبشی است که برای شبیه سازی جریان سیالات مورد استفاده قرار می گیرد. مهمترین مزیت این روش نسبت به روش های سنتی دینامیک سیالات محاسباتی، صریح بودن معادله اصلی حاکم بر آن، سادگی کاربرد آن برای حل مسایل مختلف و قابلیت ذاتی موازی سازی پردازش مسیله می باشد که آن را به روشی مناسب برای شبیه سازی جریان های متنوع و پیچیده سیال تبدیل می نماید. با توجه به ماهیت مبنا ذره ای در روش شبکه بولتزمن ، بررسی رفتار ذرات در مجاورت مرزها جهت تعریف شرایط مرزی مناسب و با دقت بالا همواره در این روش حایز اهمیت بوده است. از طرفی چون این روش عموما با استفاده از شبکه مربعی به تحلیل مسایل سیالات می پردازد، در بررسی هندسه های منحنی شکل و به طورکلی هندسه هایی که بر مرزهای شبکه منطبق نیستند از دقت کافی برخوردار نمی باشد. مسایلی از این قبیل سبب شده است که شرایط مرزی در روش شبکه بولتزمن از اهمیت زیادی برخوردار باشند. تا کنون شرایط مرزی بسیاری خصوصا برای بررسی رفتار ذرات در مجاورت مرزهای جامد جهت افزایش دقت و کارایی این روش توسط افراد مختلف پیشنهاد شدهاند. در این پایان نامه به بررسی شرایط مرزی مختلف ارایه شده در روش شبکه بولتزمن پرداخته شده است. این رساله ضمن ارایه معرفی مختصری راجع به روش شبکه بولتزمن، شرایط مرزی مختلف ارایه شده در این روش را معرفی می نماید و به مقایسه کمی و کیفی آن ها از لحاظ دقت در حل مسایل ساده سیالات می پردازد. در این پایان نامه، عموما بر روی شرایط مرزی عدم لغزش مربوط به دیواره جامد تاکید شده است. همچنین بررسی شرایط مرزی برای سطوح منحنی شکل از دیگر مطالب ارایه شده می باشد. در انتهای این رساله روشی جهت بررسی دقت شرایط مرزی در روش شبکه بولتزمن ارایه شده است و مرتبه دقت چندین شرط مرزی عدم لغزش مورد بررسی قرار می گیرد. لازم به ذکر است که ارایه روشی برای بررسی مرزهای منحنی در روش شبکه بولتزمن و بررسی مقایسه ای آن با دیگر شرایط مرزی موجود در این حالت از جمله نوآوری های این پایان نامه به حساب می آید.

مبدل های حرارتی از وسایلی هستند که کاربرد وسیعی در صنعت دارند. افزایش ضریب انتقال حرارتی در مبدل ها از موضوعاتی است که مورد توجه محققان زیادی قرار گرفته است. در این پژوهش اثر قرار گرفتن ملحقات هندسی در جریان در لوله ای با دمای دیواره ثابت با جریان عبوری آب مورد بررسی قرار گرفته است.ملحقات مورد استفاده در دو حالت حلقوی و توپر به اشکال مربع، مستطیل، دایره و بیضی مورد آزمایش قرار گرفته اند.بازه رینولدز مورد استفاده بین 3000 تا 9000 است.همچنین در آزمایش های صورت گرفته تاثیر چرخش محقات نسبت به محور لوله وتاثیر چرخش ملحقات حول محور لوله نسبت به یکدیگر مورد بررسی قرار گرفته است.در انتها مشخص شد که بهترین ملحقه، ملحقه حلقوی با سوراخ مربعی شکل است که تحت زاویه 45 درجه نسبت به محور لوله قرار گرفته است.این ملحقه میزان انتقال حرارت را 31/2 برابر و میزان افت شار را 12برابر افزایش می دهد که در نهایت عدد 85/1 برای ضریب عملکرد بدست آمد.همینطور یک رابطه برای پیش بینی عدد ناسلت در اثر قرار گرفتن این ملحقات ارایه شده است که میانگین خطا ی این رابطه برای کل آزمایش های صورت گرفته کمتر از 6 در صد است.

یک مدل نیمه سه بعدی برای بررسی جریان و انتقال حرارت در کوره دوار ارایه شده است. مدل نهایی از حل کلی و کوپل مدل های گاز داغ، دیوار و بستر بدست می آید. تبادل اطلاعات بین مدل ها یک مدل نیمه سه بعدی از تحلیل حرارتی کوره دوار را نتیجه می دهد. در مدل گاز داغ تمامی فرایندهای مهم در جریان گاز شامل احتراق، توربولانس، نیروی شناوری و تشعشع در نظر گرفته شده است. معادلات حاکم بر جریان در این مدل با استفاده از نرم افزار فلوینت حل شده و شار عبوری از سطوح کوره را بدست می دهد. با حل معادله انرژی سه بعدی در مدل دیوار و با در نظر گرفتن اثر چرخش در آن، یک پروفیل دمای سه بعدی در دیوار و شار حرارتی بر روی سطوح کوره حاصل می شود. شار حرارتی روی سطوح بستر بدست آمده از مدل های گاز داغ و دیوار به مدل بستر اعمال شده و با حل معادله انرژی یک بعدی در بستر، دمای هر مقطع از بستر و دمای جدید سطوح مشترک با دو مدل دیگر محاسبه می شود. این دما به مدل های گاز داغ و دیوار به عنوان شرط مرزی جدید اعمال می گردد. برای محاسبه پروفیل دمای صحیح در بستر نیاز به دانستن شار دقیق ورودی به آن ضروری می باشد. لذا برای مطمین شدن از صحت نتایج در مدل گازهای داغ و دیوار که مستقیما شار ورودی به سطوح بستر را بدست می دهند، ابتدا در یک مدل ساده تر (بدون در نظر گرفتن بستر) صحت مدل گازهای داغ و دیوار با نتایج تجربی مطابقت داده شده است. سپس نتایج مدل نهایی (حاصل کوپل کردن هر سه مدل گاز داغ، دیوار و بستر) با استفاده از نتایج آزمایشگاهی یک کوره دوار و نتایج یک حل عددی دیگر مقایسه شده و صحت مدل ارایه شده بررسی شده است.

در این پایان نامه به محاسبه و بهینه سازی ترمواقتصادی سیستم تبرید اژکتوری با منبع خورشیدی پرداخته شد ه است. در این سیستم که برای کاربردهای تهویه مطبوع در نظر گرفته شده است از آب بعنوان مبرد استفاده شده است. در انجام محاسبات سیستم ظرفیت تبرید 5 کیلووات در نظر گرفته شده است. در این پایان نامه ساختارهای مختلف برای سیستم پیشنهاد شده، سپس این ساختارها شبیه سازی ترمودینامیکی شده اند. در انجام شبیه سازی سیستم، با توجه به محدوده دمایی ژنراتور، کلکتور انتخاب شده از نوع صفحه تخت است و شدت تابش خورشید ثابت و برابر با w/m2 850 در نظر گرفته شده است. برای کلیه مدل ها یک شرایط پایه یکسان تعریف شده است که در این شرایط دمای ژنراتور و کندانسور بترتیب c 85 و c 45 انتخاب شده و دمای اواپراتور c 7 در نظر گرفته شده است. با توجه به این که هزینه مبدل های حرارت به اندازه آنها بستگی دارد، ضریب انتقال حرارت کلیه مبدل ها محاسبه شده و از روابط مربوطه سطح انتقال حرارت آنها محاسبه شده است. شبیه سازی ترمودینامیکی تمامی این مدل ها در نرم افزار ees صورت گرفته است. شبیه سازی ترمودینامیکی بطور کامل صورت گرفته و اگزرژی همه جریان های درون سیستم برای تمامی مدل ها محاسبه شده است. ضریب عملکرد سیستم و بازده تمامی اجزای درون سیستم تعیین شده است و مشخص شده است که در میان ساختارهای بررسی شده مدل چهارم با ضریب عملکرد 253/0 بالاترین ضریب عملکرد را برای شرایط پایه در نظر گرفته شده دارد. پس از تحلیل کامل و دقیق ترمودینامیکی ساختارهای پیشنهاد شده، محاسبات ترمواقتصادی سیستم صورت گرفته است. محاسبه ترمواقتصادی بر اساس روش متوسط هزینه اگزرژیک صورت گرفته است که یکی از کارآمدترین روش ها در محاسبات ترمواقتصادی سیستم های انرژی است. پس از انجام محاسبات اقتصادی و بدست آوردن هزینه جریان ها و هزینه تولید برای مدل های مختلف، مشخص شد که هزینه تولید در مدل های دوم و چهارم بسیار پایین تر از مدل اول و سوم است. هزینه تولید در مدل دوم gj/$ 71/76 بدست آمد که کمینه هزینه در بین مدل های پیشنهاد شده بود. با توجه به هزینه خرید اولیه و عملکرد ترمودینامیکی مدل های مختلف، این مدل برای بهینه سازی انتخاب شد. پس از انتخاب این مدل برای بهینه سازی، در یک فرایند تکرار بهینه سازی صورت گرفته است. پس از انجام بهینه سازی برای این مدل دمای ژنراتور c 88 ، دمای کندانسور و دمای اواپراتورc 5 انتخاب شد. بهینه سازی این سیستم % 8/1 کاهش هزینه تولید، % 57/20 کاهش هزینه خرید اجزاء و %1/39 کاهش هزینه اتلافات درون سیستم را در پی داشت. کشور ایران از نظر منابع انرژی خورشیدی بسیار غنی است و در طور فصول گرم سال کمتر آسمانی ابری دارد. از طرفی سالانه انرژی زیادی برای تامین سرمایش و تهویه مطبوع مکان های مسکونی و اداری صرف می شود. طراحی و کاربرد سیستم های تبرید خورشیدی می تواند راه حلی برای کاهش مصرف برق باشد و طراحی سیستم با بازدهی اقتصادی بالا موجب کاهش بیشتر هزینه در این بخش خواهد شد.

اجکتورها از جمله وسایل پرکاربرد در صنعت هستندکه از کاربردهای آن ها می توان به استفاده در صنایع نفت و گاز و سیستم های تبرید اشاره کرد. با توجه به این کاربردها این وسیله در این تحقیق مورد توجه قرار گرفته است. روش های تحلیل اجکتورها به روش های ترمودینامیکی و دینامیکی تقسیم می گردد .در این تحقیق هر دو نوع اجکتور تک فازی و دو فازی بدون تغییر فاز بررسی شد. در تحلیل ترمودینامیکی اجکتور تک فازی مدل قبلی هانگ اصلاح و نتایج حل آن با نتایج هانگ و نتایج تجربی مقایسه شد. نتایج این تحلیل نشان داد که مقدار خطا در تحلیل فعلی به مقدار زیادی کاهش یافته است و برای نسبت دبی جرمی سیال ثانویه به سیال اصلی در حدود 4/1% و برای نسبت مساحت گلوگاه اجکتور به مساحت گلوگاه نازل در حدود 2/1% است. یک اجکتور مافوق صوت تک فازی با استفاده از روش دینامیکی و حل گر فلوئنت مدل شد و در آن از خواص متغیر با دما برای سیال استفاده شد و تحلیل فوق نشان داد که با توجه به اینکه دما در طول اجکتور بسیار تغییر می کند ، خواص سیال نیز در طول اجکتور بسیار متغیر است و فرض خواص ثابت بسیار ساده می باشد. اجکتور دو فازی با سیال آب به عنوان سیال اصلی و هوا به عنوان سیال ثانویه با استفاده از هر دو روش ترمودینامیکی و دینامیک سیالات محاسباتی مدل شد. در تحلیل ترمودینامیکی از فرض انتروپی ثابت برای جریان قبل از شوک استفاده شد. تحلیل کاملی بر روی شوک انجام گرفت و روابط کامل تری نسبت به تحلیل ویت انجام شد و نتایج هر دو تحلیل با یکدیگر مقایسه شد. اجکتور فوق به صورت متقارن محوری و با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل شد و نتایج تحلیل نشان داد که با افزایش فشار در خروج کسر حجمی آب در خروجی افزایش می-یابد. مدل سرعت لغزش دیگری بجای مدل فلوئنت اعمال شد و نتایج نشان داد که دو مدل تفاوت زیادی با یکدیگر ندارند. مدل های مختلفی برای بدست آوردن قطر قطره استفاده شد ولی نتایج مطلوبی از این مدل ها حاصل نشد و حل با استفاده از فرض قطر قطره ثابت انجام شد و نتایج حل نشان داد که مقدار قطر قطره در نتایج موثر نیست.

چکیده صنایع تولید کاشی و سرامیک به علت افزایش روز افزون ساختمان سازی در دنیا روز به روز از اهمیت بیشتری برخوردار می شود. یکی از فرآیندهای بسیار مهم در تولید کاشی و سرامیک فرآیند پخت بدنه و لعاب در کوره ها می باشد. فرآیند پخت لعاب بر روی بدنه پخته شده به منظور بهبود خواص فیزیکی و مکانیکی بدنه ولعاب و کاهش معایب تولیدی و ضایعات در این واحدهای تولید می باشد. کوره های مورد استفاده در این صنعت، کوره های رولری پیوسته می باشد که نسل جدید کوره های مورد استفاده در این صنعت می باشد. کوره های رولری کاملا به صورت پیوسته بوده و هیچ گونه اندازه گیری دمای مستقیمی از سطح محصول در طول کوره نمی توان انجام داد و داشتن تغییرات دمای محصولات سرامیکی در طول و عرض کوره برای پیش بینی خواص مکانیکی محصول و بهبود آن ضروری است. هدف از تحقیق حاضر دستیابی به روند تغییر دمای محصولات از ورودی تا انتهای ناحیه گرمایش و همچنین تغییرات دمایی محصولات در عرض کوره می باشد. برای محاسبه دمای محصولات مختلف در کوره ابتدا باید شار حرارتی رسیده به محصولات را به دست آورد برای این منظور استفاده از روش zone method برای محاسبه شار تشعشعی رسیده به محصولات که مکانیزم غالب انتقال حرارت در این بخش ازکوره می باشد، به کار گرفته شده است و برای مدل کردن رفتار غیرخاکستری گازهای احتراق از مدل سه جمله ای جمع وزنی گازهای خاکستری استفاده شده است. همچنین انتقال حرارت جابه جایی بین گازهای احتراق ومحصولات با استفاده از روابط تجربی خاص کوره های صنعتی بررسی شده است و در پایان انتقال حرارت هدایتی درون محصول به صورت سه بعدی غیر پایدار در نظر گرفته شده و با روش adi حل شده است، که حل کلیه معادلات حاکم توسط برنامه نویسی به زبان fortran انجام شده است. دقت مدل ارائه شده از طریق مقایسه دمای نهایی پیش بینی شده توسط مدل با داده های واقعی درکارخانه کاشی اصفهان ارزیابی شده است و مقدار خطای ناچیز مدل نشان دهنده قابلیت مدل در پیش بینی دقیق توزیع دمای محصولات در کوره است. علاوه بر آن تأثیر پارامترهای مختلفی از جمله تغییر ضریب صدور لعاب قرار گرفته بر روی بدنه، تغییر دمای ورودی به بخش اصلی پخت، تغییر سرعت حرکت کاشی درکوره و تغییر ضخامت و چگالی محصولات تولیدی مورد بررسی قرار گرفته است. که این تحقیق نشان داد که با افزایش دو مورد اول دمای سطح لعاب و بدنه افزایش می یابد و با افزایش سه مورد آخر، دمای محصولات کاهش پیدا می کند. کلمات کلیدی: کوره پیوسته رولری، روش نواحی یکنواخت،تشعشع، جمع وزنی گازهای خاکستری ، ضریب صدور

در این پایان نامه از مدل فلیملت آرام در کنار شبکه های عصبی مصنوعی جهت مدل سازی شعله های غیر پیش مخلوط مغشوش و پیش بینی کسر جرمی گونه ها و دما استفاده شده است. در مرحله اول، کسر جرمی ها و دما از نتایج حل شعله های دیفیوژن جریان مخالف و با در نظر گرفتن اثرات دیفیوژن دیفرانسیلی(اختلاف عدد لوئیس گونه ها از یک) بدست آمده و به کسر مخلوط و نرخ استهلاک اسکالر مربوط می شود. در مرحله دوم انتگرال گیری عددی به ازای مقادیر مختلف کسر مخلوط متوسط، واریانس آن و نرخ استهلاک اسکالر انجام شده و مقدار متوسط فاوره کمیتهای ترموشیمیایی جریان بدست آمده و یک شبکه عصبی ساخته شده و با قرار دادن ضرایب وزن و بایاس آن در کد حل معادلات بقاء، پیش بینی کسر جرمی ها(یا دما) صورت می گیرد. استفاده از مدل فوق این مزیت را دارد که نیازی به حل معادله انتقال تک تک گونه ها نیست. همچنین می توان غلظت گونه های مختلف از جمله آلاینده ها را در دامنه حل بدست آورد که در مدلهای ساده تر مانند شعله-صفحه ای، این امکان وجود ندارد. نتایج عددی بدست آمده دقت مناسب مدل فلیملت را نشان می دهد؛ ضمن آنکه می توان با صرفنظر از اثرات دیفیوژن دیفرانسیلی، دقت محاسبات را در شعله های مغشوش افزایش داد. دیگر نتیجه قابل ذکر این تحقیق کاهش چشم گیر زمان محاسبات به کمک شبکه های عصبی مصنوعی است

کوره های بازیاب یکی از انواع کوره های مدرن می باشند. این کوره ها از مشعل هایی بهره می گیرند که بازده حرارتی را تا حد بسیار زیادی نسبت به کوره های معمولی افزایش می دهند. کاربرد کوره های بازیاب در صنعت بسیار است. صنایع آلومینیوم، شیشه، سرامیک و فولاد می توانند از این سیستم بهره مند شده و در مصرف سوخت صرفه جویی بسزایی نمایند. توجه به نحوه عملکرد این کوره ها در این پروژه مد نظر بوده است. نام دیگر کوره های بازیاب، کوره های دما-بالاست. دمای بالای محیط کوره یکی از عوامل افزایش راندمان کوره های بازیاب می باشد. در این پروژه سعی بر آن شد تا یک نیم سیکل کاری این نوع کوره توسط چهار مشعل فعال مدل شود. روش های بسیار زیادی برای رسیدن به یک مدل موفق انتخاب شد، ولی با وجود تطابق نتایج نهایی با داده های تجربی، همگرایی عددی حاصل نشده است. نتایج نهایی بصورت منحنی های دمای کوره و تختال در پایان ارائه می گردد. همچنین کانتور های دما، سرعت و غلظت گونه ها جزو نتایج می باشند. کنترل فشار کوره در حد مطلوب از دیگر موارد مورد توجه بوده است. این کنترل فشار باعث خواهد شد تا فشار کوره در حد فشار جو ثابت شده و از تلافات حرارتی به سبب خروج گاز ها از داخل کوره اجتناب شود. عامل عدم همگرایی عددی این پروژه حل معادلات احتراقی توسط نرم افزار فلوئنت می باشد. تمامی عوامل موثر از جمله هندسه، شبکه محاسباتی و نیز کنترل روند حل توسط ضرایب زیر تخفیف معادلات حل شونده به طور کامل مورد بررسی قرار گرفته است.

پوشش با لایه های نازک نقش بسیار مهمی در صنایع نیم رسانا ها و تجهیزات میکروالکترومکانیک و نانوالکترومکانیک دارد. با اضافه کردن یک لایه نازک به سطح به علت تداخل امواج الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی سطح کاملا متفاوت خواهد بود. در این پروژه با استفاده از روش های الکترومغناطیسی، خواص تشعشعی یک ساختار چندلایه نازک محاسبه می شود و با استفاده از الگوریتم ژنتیک و عملیات حرارتی شبیه سازی شده، خواص چنین ساختاری با تغییر جنس و ضخامت لایه ها با توجه به مسائل کاربردی بهینه سازی می شود. در این پروژه ساختارهای لایه نازک بهینه جهت کاربرد در تجهیزات خنک کاری تشعشعی و آینه های حرارتی معرفی شده است.

در این پایان نامه به آنالیز حرارتی یک عملیات حرارتی القایی ثابت (غیر متحرک) پرداخته شده است.این مسئله به صورت جفت شده الکترومغناطیسی – حرارتی غیر خطی و گذرا با یک کویل القایی ثابت که به عنوان منبع حرارتی ثابت عمل میکند، به کمک روش اجزا محدود بررسی شده است. یک استوانه توخالی عمودی با یک کویل ثابت بر روی آن، در مدت زمان مشخصی (7 ثانیه) گرم می شود. تاثیرات جابجایی آزاد با هوای اطراف استوانه بر روی هر دو سطوح داخلی و خارجی استوانه در نظر گرفته شده است. همچنین تاثییرات تشعشع سطح خارجی با محیط پیرامون نیز در نظر گرفته شده است.سپس این فرایند برای جسم جامدی با هندسه استوانه توپر و مخروط بررسی شده است.

در این پایان نامه در ابتدا به بررسی روش های مختلف تشعشعی از جمله روش تشعشعی انتقال گسسته، روش تشعشعی دسته بندی گسسته، روش تشعشعی پی-1 و روش تشعشعی روزلند به صورت مختصر پرداخته شده و سپس یک کوره مستطیل شکل و یک کوره مربع شکل به صورت دو بعدی و یک کوره مکعب مستطیل و یک کوره مکعب مربع به صورت سه بعدی با روش های تشعشعی فوق مورد بررسی قرار می گیرد.

استفاده از محیط متخلخل در محفظه احتراق مشعل، یک روش بسیار موثر برای کاهش مصرف انرژی و کاهش آلودگی است. از خصوصیات و مزایای برجسته این نوع مشعل ها می توان تولید nox کمتر نسبت به مشعل های شعله آزاد، پیش گرمایش مخلوط سوخت و هوای ورودی قبل از احتراق و کاهش حجم مشعل در نرخ آتش یکسان در مقایسه با مشعل معمولی دانست. در این نسل از مشعل ها از هر سه روش انتقال حرارت هدایت، جابجایی و تشعشع به دلیل گداختگی جامد متخلخل استفاده می شود. در حالی که در مشعل های شعله آزاد جابجایی عامل اصلی در انتقال حرارت است. گسترش محدوده شعله وری، توزیع یکنواخت حرارت در محفظه احتراق، سریع تر گرم شدن، کاهش قابل توجه سروصدا و ... را می توان از دیگر مزایای این نوع مشعل ها در مقایسه با مشعل های شعله آزاد به شمار آورد که باعث استفاده فراوان آن ها در صنایع مختلف گشته است.

یکی از روش های موجود برای خنک کردن آب خنک کننده مورد استفاده در کندانسور نیروگاه های حرارتی، استفاده از برج های خنک کن خشک است که دارای مزایای فراوانی است. چون افزایش سرعت وزش باد و همچنین افزایش درجه حرارت محیط، تاثیر به سزایی در پایین آوردن کارایی یک برج خنک کن می تواند داشته باشد، لذا یکی از روش های افزایش کارایی برج خنک کننده خشک در شرایطی که دمای محیط زیاد است، استفاده از اسپری آب به منظور خنک کردن جریان هوای ورودی به مبدل می باشد. آب از اسپری های مخصوصی پاشیده شده و هوای عبوری از قطرات کوچک آب، خنک شده و وارد مبدل می گردد و دمای آب خروجی از برج را کاهش می دهد. کار حاضر ضمن مطالعه کارهایی که در گذشته انجام شده است، سعی در مدل سازی دقیق شرایط کاری برج های هلر به کمک نرم افزارهای gambit وfluent دارد.

در این پژوهش به بررسی خواص حرارتی در کنار خواص مکانیکی بتن های سبک خودمتراکم پرداخته شده است و تاثیر افزودن فوق روان کننده، جایگزینی پوزولان های میکروسیلیس و زئولیت به جای سیمان پرتلند در درصدهای 10%، 15% و 20% و در نهایت تاثیرجایگزینی دانه های لیکا، پوکه معدنی و پرلیت به جای دانه های شن و ماسه معمولی در بتن مورد بررسی قرار گرفت. نسبت آب به سیمان در کلیه طرح ها برابر با 0.45 در نظر گرفته شد. از آن جهت که فوق روان کننده یک ماده مصرفی می باشد، در طرح های اختلاط جایگزین هیچ ماده ای نمی شود و صرفاً در مقایسه با سیمان، نسبت به کارایی بتن از 0.5% تا 1.5% مورد استفاده قرار گرفت. در این پژوهش به منظور محاسبه ضریب هدایت حرارتی این بتن ها دستگاه صفحه داغ محافظت شده که در استاندارد astm-c177 توصیه شده است، مورد استفاده قرار گرفت.

در طی چند دهه گذشته، افزایش قیمت انرژی باعث شده است که توجه خاصی به استفاده بهینه از انرژی معطوف گردد. در همین راستا مطالعات و تحقیقات زیادی نیز به منظور بهبود و اصلاح فرآیندها و روش های صنعتی مختلف که در آنها از انواع گوناگون انرژی استفاده می شود، انجام شده است.با توجه به اینکه نیروگاه های حرارتی به عنوان یکی از بخش های مهم و حساس در صنعت هر کشور مطرح می باشند، بررسی و شبیه سازی اجزاء مختلف یک واحد نیروگاهی با هدف بهبود عملکرد و افزایش راندمان آنها، امری ضروری به نظر می رسد.

برج های خنک کن خشک با مکش طبیعی یکی از رایج ترین برج ها در نیروگاههای موجود در مناطق کم آب می باشد. یکی از مشکلاتی که در رابطه با عملکرد این گونه برجها مطرح است، اثرات شرایط محیطی بر عملکرد آنها است که از موثرترین عوامل وزش بادهای محیطی در اطراف برج می باشد. جریان سیال داخل و اطراف این برج ها در سه حالت مختلف که عبارتند از: مکش طبیعی هوا درون برج خنک کن خشک، جریان اجباری هوا در اطراف برج خنک کن خشک و همچنین تاثیر حضور دیواره های داخلی شعاعی کار گذاشته شده درون برج برای افزایش راندمان برج خنک کن خشک هنگام وزش بادهای محیطی مدلسازی شده است. نتایج حاصل از این تحقیق حاکی از آن است که دیواره های داخلی شعاعی هرچند جریان هوای عبوری از داخل برج خنک کن خشک را بسیار منظم و یکنواخت می کنند، ولی تاثیر چندانی بر راندمان برج خنک کن خشک هنگام وزش بادهای محیطی نمی گذارند.

باتوجه به مزایای انرژی نورانی خورشید و از سوی دیگر معایب روشنایی مصنوعی توسط الکتریسیته، طراحی سیستمی برای انتقال نور خورشید به منظور روشنایی مناسب است. در این پروژه،از بین چند روش انتقال نور به محیط های دور از دسترس انرژی روشنایی خورشید، استفاده از فیبر نوری مورد مطالعه قرار گرفت. برای مطالعه عملکرد سیستم، متغیرهای طول و قطر فیبر نوری، قطر و فاصله کانونی عدسی مورد بررسی قرار گرفت. در پایان نیز معادلات انرژی و اگزرژی بر روی سیستم اعمال شد و مقادیر بازگشت ناپذیری و بهره نوری بررسی شدند.

در این پایان نامه دو مدل تک لایه و دو لایه بافت به منظور شبیه سازی فرآیند سوختگی ناشی از تماس سطح پوست با یک منبع حرارتی با دمای بالا ارائه می شود. به منظور در نظر گرفتن آثار حرارتی گردش خون در بافت از مدل انتقال حرارت در بافت زنده پنس استفاده می شود. در مدل تک لایه از روش جداسازی متغیرها و در مدل دو لایه از روش تبدیل لاپلاس برای حل معادلات و یافتن تابع دمای مورد نظر بر حسب پارامتر های درگیر در مسئله استفاده می شود. اثر تراوش خون، دما و ضریب انتقال حرارت جابجایی محیط بر توزیع دمای اولیه و گذرای بافت بررسی می شود. با قرار دادن تابع دمای به دست آمده در یک تابع آسیب، شدت آسیب وارده و درجه سوختگی تعیین می شود.

پروژه حاضر انتقال حرارت در بستر های ثابت با حضور سیال بدون جریان اجباری، در فضاهای بین فاز جامد، مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهد تا تاثیر پارامتر های متعدد نظیر اندازه ذرات جامد، گرادیان دما، فشار و خواص حرارتی فاز جامد و سیال مورد استفاده، در هدایت حرارتی موثر بستر مشخص شود و با تغییر این پارامتر ها، انتقال حرارت کلی در بستر را تعیین کرد.

کوره های دمابالا که در برخی موارد خاص فشار بالایی نیز دارند از جمله کوره های پرکاربرد در فرآیند تولید قطعات مختلف با استحکام بالا هستند که در صنایع مختلف مثل هوافضا و پزشکی کاربرد دارند. در کار حاضر سعی شده است تا مقدماتی از تحلیل حرارتی این دست کوره ها انجام شود تا مسیری برای پژوهش ها و حتی تولید این دست کوره ها در کشور فراهم شود. دو مدل کوره، یکی المنت های الکتریکی در بدنه تعبیه شده است و دیگری المنت ها در کف کوره قرارگرفته اند. نقش انتقال حرارت هدایتی در این کوره ها ناچیز است از این رو انتقال حرارت جابجایی آزاد و تشعشع در دو مدل با یکدیگر مقایسه شده است.برای مدل کردن المنت ها از دو شرط دما ثابت و شار ثابت استفاده شده است که مشاهده شده است که هر دو شرط به دلایلی با واقعیت تفاوت دارند.در طراحی استفاده شده در این کار ضریب دید المنت ها در بدنه حدود 8/0 و در کف حدود 62/0 بوده است؛که در شرایط مساوی و متناسب با دمای نهایی در افزایش انرژی تشعشع جذب شده در طول زمان برای دو مدل تأثیرگذار است

دراین پایان نامه شبیه سازی جریان مغشوش بوسیله روش شبکه بولتزمن بررسی شده است.این پایان نامه شامل 6 فصل ‏می باشد.فصل اول مقدمه و فصل دوم روش های مبنا ذرهای حل جریان سیال(روش شبکه گاز و روش دینامیک مولکولی ‏‏) معرفی می شوند. در فصل سوم روش شبکه بولتزمن به عنوان فرم کامل شده روش شبکه گاز بررسی می شود. در این فصل ‏نحوه گسسته کردن معادله بولتزمن و فضای فاز توضیح داده می شود. در فصل 4 انواع شرایط مرزی و تاثیر آن بر دقت ‏روش بررسی می شود. در فصل 6 برای مدل کردن جریان مغشوش از شبیه سازی ادی های بزرگ(‏les‏) استفاده شده ‏است. مدل اسماگورینسکی برای محاسبه ویسکوزیته ناشی از ادی ها اعمال شده است. سپس برای بالا بردن دقت شبیه ‏سازی از روش شبکه بولتزمن با ضریب برخورد چند تایی استفاده می شود. در ادامه بدلیل بالا بودن هرینه محاسبات روش ‏چند بلوکی بکارگرفته می شودتا تعداد نقاط شبکه کمتری وارد دامنه حل شود.‏ در شبیه سازی هایی که به کمک روش شبکه ‏‎ ‎بولتزمن صورت‎ ‎گرفته، ابتدا جریان 3 بعدی حول یک مکعب و جریان 3 ‏بعدی خروجی ازیک جت بوسیله مدل اسماگورینسکی حل میشود. سپس ضریب برخورد چند تایی(‏mrt‏)‏‎ ‎در جریان ‏مغشوش دو کانال متقاطع برای افزایش دقت محاسبات بکار می رود. در ادامه جریان فوق بوسیله روش چند بلوکی وmrt‏ ‏شبیه سازی می شود.‏‎ ‎‏ لازم بذکر است اثبات لزوم استفاده از ‏mrtدر شبکه بولتزمن چندبلوکی در حالت جریان آشفته، از ‏نوآوری های این پایان نامه محسوب می شود.‏

قابلیت¬ها و ویژگی¬های منحصر بفرد موتورهای استرلینگ این موتورها را برای بازه وسیعی از کاربردها مناسب می¬سازد. اگر چه این موتورها در مقایسه با موتورهای احتراق داخلی از توان مخصوص کمتری برخوردار هستند در عوض از ساختمان ساده¬ای بهره می¬برند و این مسئله باعث عمر بالا و قابلیت اطمینان بیشتر شده است. موتورهای پیستون آزاد ساختمان به مراتب ساده¬تری دارند و با استفاده از آب بندهای ویژه، اصطکاک در آنها به حداقل خود رسیده است. عمر بالاتر و قابلیت کارکرد این موتورها با هر منبع حرارتی باعث شده است که این موتورها برای تولید برق خورشیدی مورد استفاده قرار گیرند. امروزه تعدادی از سفینه¬های فضایی برای ماموریت¬های دورتر از مریخ از این موتورها برای تولید برق بهره می¬برند. در این پایان نامه در ابتدا با استفاده از تحلیل ایزوترمال و تحلیل دینامیکی خطی یک موتور استرلینگ پیستون آزاد طراحی شده است. پس از مشخص شدن ابعاد اصلی موتور، طراحی یاتاقان¬های منعطف پیستون و جابجاکننده با کمک نرم¬افزار abaqus انجام گرفته و نقشه¬های نهایی موتور تهیه شده است. با استفاده از نقشه-های بدست آمده موتور طراحی شده به طور کامل ساخته شده و پس از مونتاژ قطعات راه¬اندازی شده¬است. با توجه به امکانات کم برای تست دقیق موتور فرکانس کاری موتور به کمک فرکانس جریان خروجی اندازه¬گیری شده است. فرکانس کاری موتور در حال حاضر 43 هرتز است که البته می-توان با تغییرات جزیی فرکانس کاری موتور را به 60 هرتز رساند. با توجه به ساده سازی¬هایی که در تحلیل ایزوترمال وجود دارد، برای بهینه¬سازی موتور لازم است که از تحلیل¬های عددی برای شبیه¬سازی موتور بهره گرفته شود. به این منظور با استفاده از کد تجاری fluent یک شبیه¬سازی دو بعدی غیر دائم از موتور ارائه شده است. در این شبیه سازی از قابلیت مش متحرک و لغزان موجود در نرم¬افزار برای ایجاد حرکت اجزای متحرک استفاده شده است. لازم به ذکر است این شبیه¬سازی گام ابتدایی برای تحلیل¬های دقیق¬تر از موتور در آینده خواهد بود و می¬توان جزئیات بیشتری را به آن اضافه کرد. پس از رسیدن به حالت شبه دائمی، توان خروجی موتور محاسبه شده است. حل عددی نشان داد که استفاده از قابلیت شبکه متحرک مقرون به صرفه است و در حال حاضر مشکل عمده موتور در مبدل¬های حرارتی آن است. به علت انحراف فرآیندها از حالت ایده آل ایزوترم توان خروجی محاسبه شده حدود یک سوم توان سیکل اشمیت است. مقدار توان خروجی حدود 10 وات بدست آمده است که با توجه به بهینه نبودن مبدل¬ها می¬توان آن را در آینده با طراحی مبدل¬های مناسب تا حدود 40 وات افزایش داد.

کوره های پیش گرم نورد در صنعت فولاد نقش اساسی و کاربرد فراوان دارند، از آنجا که در کار گرم روی فلزات مانند نورد، دما نقش اساسی دارد بررسی وضیعت حراراتی کوره پیش گرم نورد از اهمیت خاصی برخوردار بوده و بدست آوردن توزیع دما و شارحرارتی ورودی به شمش در حال عبور از کوره مطلوب نهایی در این بررسی می باشد، در کوره های پیش گرم استفاده از روشی که به سادگی بتوان ضرایب تبادل را با توجه به هندسه پیچیده آن بدست آورد، لازم به نظر می رسد. روش عددی آماری مونت کارلو با بکارگیری ضریب فاکتور کلی جذب که توسط گبهارت معرفی شد این امکان را فراهم می آورد، استفاده از روابط تقابل معرفی شده بین ضرایب فاکتور کلی جذب در پایان نامه به سهولت کار می افزاید. پس از بدست آوردن ضرایب فاکتور کلی جذب با نوشتن معادلات بقای انرژی برای گاز، سطوح دیوار و شمش در حال عبور از کوره، توزیع دما و شار حرارتی ورودی به شمش و توزیع دما در گاز و سطوح محاسبه می شود. در این پایان نامه تاثیر تغییر ضریب صدور شمش و ارتفاع فضای احتراقی کوره بر راندمان کوره بررسی می شود. همچنین در معادله بقای انرژی برای گاز نحوه ورود دبی جرمی به نواحی احتراقی و تاثیر آن به توزیع دما و شارش حرارتی ورودی به شمش بررسی می شود و در نهایت به این نتیجه می رسیم که با افزایش ضریب صدور شمش و کاهش ارتفاع فضای احتراقی کوره راندمان کوره افزایش می یابد.

دیگ بخار یکی از مهمترین قسمتهای نیروگاه تلقی می شود. و در واقع یکی از پروسه های اساسی سیکل نیروگاه که تبدیل آب به بخار می باشد در این قسمت انجام می گیرد . ساختمان و عملکرد دیگ بخار تاثیر زیادی در راندمان کل سیستم دارد با توجه به اهمیت مطالب بالا و با درنظرگرفتن این موضوع که تشعشع به عنوان مهمترین مکانیزم انتقال حرارت در دیگ بخار مورد توجه است ، پایان نامه حاضر کوششی است در جهت حل مسئله انتقال حرارت در کوره یک دیگ بخار وشامل تعیین نرخ حرارتی و دمای گاز در نواحی و سطوح مختلف کوره است.

در این پایان نامه مروری بر تحلیلهای تئوری و تحقیقات تجربی انجام شده آورده شده است. تئوریهایی که ه روابط منابی میان مطالعات تحلیلی و داده های تجربی منتهی شده اند ، ضمن معری مورد تحلیل قرار گفته اند. همچنین روشهای جدیدی مانند مکانیک آماری و ‏‎fractal network‎‏ که برای ح مساله مقاومت حرارتی سطح تماس از روشهای سنتی استفاده نمی کنند معرفی شده اند در ادامه پیشفتهای صورت گته برای حل مساله مقاومت سطح تماس در سیستمهای الکتریکی نیز مختصرا مرور شده است. برای تکمیل مرور کارهای گذشته تعدادی از مراجع جانبی مرتط با مقاومت حرارتی سطوح تماس معری شده اند. در این پایان نامه بصورت خاص و دقیق روش بدست آوردن مقاومت حرارتی سطح تماس سطوح موجدار مورد بررسی قرار گرفته است. ه عبارت دقیقتر چگونگی بدست آوردن ترم مقاومت حرارتی ماده حائل از مراجع موجود استخراج شده است. ولی برای بدست اوردن ترم مقاومت حرارتی سطوح واقعی تماس روش جدیدی ارائه شده است. جهت اطمینان و بدست آوردن میزان تحلیل انجام شده 7 ترکیب از عایقهای داای سطوح موجدار مورد ازمایش قرار گرفتند . نتایج ازمایشات دارای همخوانی قابل قبولی با تحلیل انجام شده می باشند.

در این رساله مسئله انتقال حرارت جریانهای درهم در خم های سه بعدی به کمک یک کد تجاری عددی مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. در ابتدا اعتبار مدلهای توربولانس دو معادله ای برای تخمین پارامترهای هیدرودینامیکی در جریانهای با انحنای زیاد در خطوط جریان با مقایسه نتایج عددی و تجربی مورد بررسی قرار می گیرد.تاکید این پایان نامه بر روی دو مدل ‏‎k-e‎‏ و ‏‎rng k-e‎‏ است . نشان داده خواهد شد که جزئیات جریان ثانویه ایجاد شده در خم به کمک مدل ‏‎rng k-e‎‏ بخوبی شبیه سازی می شود. سپس تغییرات عدد نوسلت در روی خم با شرط مرزی دما ثابت مورد محاسبه قرار گرفته و با نتایج آزمایشگاهی موجود مقایسه می گردد. تطابق نتایج عددی بدست آمده با نتایج آزمایشگاهی نشانگر کارایی کد عددی مذکور در شبیه سازی پدیده های فیزیکی پیچیده است بطوریکه می توان از آن با اطمینان زیاد در طراحی استفاده نمود.

گستردگی کاربرد توربین گازی بر کسی پوشیده نیست. در این نوع توربین ها سه مرحله اصلی وجود دارد یکی از این مراحل انتقال انرژی گرمای به سیال عامل می باشد که در محفظه احتراق رخ می دهد . در کار حاضر طرحی برای تغییر در هندسه یک نوع محفظه احتراق جهت بهبود شرایط کار کرد در آن ارائه شده است و اثرات این تغییر بر روی پارامترهای اساسی محفظه مورد بررسی قرار گرفته است. محفظه احتراق از نوع صنعتی بوده و در شکل اصلی دارای یک زانو بوده است .حفظه در شرائط کارکرد ، دچار پوسیدگی در ناحیه زانو شده است. برای رفع این مشکل در طرح اصلاحی این زانویی حذف شده است. در واقع کار اصلی مقایسه این دو طرح است. برای این مقایسه از یک حل عددی استفاده شده است. با توجه به دبی بالا هوا جریان متلاطم است. برای مدل کردن جریان مغشوش از مدل دو معادله ای اصلاح شده استفاده شده است که برای جریان چرخشی مناسب باشد. برای مدل کردن احتراق معادله انتقال برای تمامی نمونه های جرمی حل شده و نرخ واکنش از روش تلفات گردابه ای بدست آمده است. اثرات تشعشع با حل یک معادله انتقال برای شدت تشعشع در نظر گرفته شده است.پس از بدست آوردن پارامترهای محفظه قبل و بعد از تغییر ومقایسه آنها می توان نتیجه گرفت اگر چه طرح اصلاحی در زمینه افت فشار و راندمان احتراق در محفظه بهبودهای را در بر دارد و لیکن به علت شکل هندسی توزیع دما در خروجی ، حالت یکنواخت خود را از دست داده است. این مسئله بسیار با اهمیتی است و باید مورد توجه خاص قرار بگیرد زیرا دمای خروجی محفظه باید در گستره محدودی باشد که پره ها و محفظه توربین مجاز به کارکرد می باشند. البته اهمیت یکنواختی دما در کاربرد مشخص می شود که در صورت یکنواخت بودن دما با داشتن دما در یک نقطه می توان در کل سطح خروجی دما را دانسته فرض کرد . نتیجه نهایی این که تغییر هندسه بدون تغییر در سایر قسمتهای محفظه ریسک بزرگی است و ممکن است مخارج سنگین خرابی توربین را در بر داشته باشد. در پایان روشهایی برای بهبود شرایط پیشنهاد شده که البته هرکدام باید در مورد این محفظه خاص مورد بررسی قرار بگیرد.

در آخرین مرحله تولید ورقهای نورد گرم فولاد آنها را در دمای 500-700 درجه سانتیگراد بصورت کلاف پیچیده و در انبار نگهداری می کنند تا پس از سردشدن برای ارسال مستقیم به بازار یا فرآیندهای بعدی (نورد سرد و ...) آماده شود. با شبیه سازی روند سرد شدن کلافهای فوق الذکر و بررسی شرایط و عوامل مختلف دخیل در آن می توان به راه حلهایی مناسب جهت کاهش زمان طولانی سرد شدن کلافها و استفاده بهینه از فضای محدود انبار رسید.مدل کامپیوتری برای دستیابی به این هدف تهیه و نتایج آن ابتدا با نتایج تجربی منابع خارجی و سپس با اندازه گیری های انجام شده در مجتمع فولاد مبارکه مقایسهس گردید.در پایان پیشنهادهایی جه بهینه کردن روش انبار کلافهای نورد گرم ارائه شده است.